LTE-Router, -Gateways, -Modems & deren Anwendungspotenzial

Mobilfunk Endgeräte wie LTE-Router/Modems/Gateways verbinden ein lokales Netzwerk, Maschinen oder Sensorik mit dem Internet über einen Mobilfunkanschluss. Dadurch eigenen sie sich für Anwendungen der Machine-to-machine Kommunikation (M2M) oder das Internet der Dinge (IoT). Dementsprechend werden sie auch als M2M-Router oder IoT-Router bzw. IoT Gateway bezeichnet. 

LTE-Router, LTE-Gateway oder LTE-Modem?

Das LTE-Modem ist die einfachste Form der Anbindung und wird über eine USB-Schnittstelle mit einem PC oder einer sonstigen Anlage verbunden. Bekannt sind sie in der Bauform als sogenannte LTE USB-Sticks. Angesprochen werden diese Modems über einen Rechner mit den sogenannten “AT-Befehlen”. 

Will man sein System lieber über Ethernet, also eine LAN-Schnittstelle anbinden, dann kommt ein LTE-Gateway infrage, das die Mobilfunkverbindung mit der eigenen Firmware herstellt. In LTE-Gateways finden sich dann ggf. I/O Schnittstellen für industrielle Anwendungen oder die seriellen Ports RS 232/RS485. Ein Beispiel ist das Teltonika Gateway TRB 245. 

Zusätzlich zu den Funktionen des Gateways bieten LTE-Router die volle Funktionalität, um ein lokales Netz zu betreiben (u. A. DNS Server) und sind optional mit einem WLAN Access Point oder weiteren Ethernet Ports ausgestattet. Ein solches Gerät ähnelt dem bekannten DSL-Router (z. B. Fritz!Box), nur halt mit LTE statt DSL. 

Merkmale der Mobilfunkgeräte

Als wichtigste Eigenschaft ist die erstens der verwendete Funkstandard und die maximale Verbindungsgeschwindigkeit zu nennen. Inzwischen sollte LTE Standard sein, vereinzelt findet man noch 3G (UMTS) Router oder reine GPRS, also 2G Geräte. Dabei sind alle Typen abwärtskompatibel und unterstützen die jeweils älteren Standards. Zweitens ist die LTE Geschwindigkeit ein Merkmal, welche nach den sogenannten „CAT“ Stufen definiert wird. Hauptsächlich werden aktuell CAT4 mit 150 Mbit/s verwendet. Obwohl das für viele Anwendungen völlig ausreicht, unterstützen neuere Geräte bis zu 1.200 Mbit/s. 

Darüber hinaus gibt es Gateways und Modems für die Schmalbandkommunikation, also für die neuen Standards Narrowband-IoT (NB-IoT) und Cat-M1. Diese sind sehr preiswert und haben statt der hohen Geschwindigkeit andere Vorteile. Gängige Geschwindigkeiten von LTE-Routern sind in nachfolgender Tabelle dargestellt: Tabelle der LTE Geschwindigkeiten nach CAT Definition, ausführlichere Listen finden sich auf Wikipedia. Ebenfalls wichtig sind die unterstützten LTE Bänder, denn davon hängt es ab, ob ein Router auf der gleichen Frequenz sendet wie das Mobilfunknetz, in dem es betrieben wird. Weiterführende Informationen zum Thema lesen Sie in diesem Artikel über LTE Frequenzen weltweit. Häufiger finden sich inzwischen auch Dual-SIM Slots für zwei Mobilfunkkarten, wobei meist nur eine aktiv sein kann. 

LAN / WiFi und weitere Interfaces

 Auf der lokalen Netzwerkseite ist die Anzahl der Ethernet Anschlüsse sowie deren Geschwindigkeit relevant. Außerdem kann optional ein WiFi Modul enthalten sein. Bei industriellen Routern sind gegebenenfalls weitere Schnittstellen zum Anschluss von Geräten enthalten, wie z. B. RS232 und RS 485. Außerdem sind teilweise schon GPS Empfänger eingebaut. 

Abschließend sind die externen Antennenanschlüsse zu nennen, die üblicherweise als „SMA“ Schraubanschluss ausgeführt sind. Aufgrund des breiten Frequenzspektrums von LTE werden oft zwei Anschlüsse verbaut, ein Dritter kann noch für WiFi Antennen hinzukommen. 

Remote Management 

Ein Fernzugriff ermöglicht die Konfiguration eines Routers, ohne vor Ort zu sein. Das ist für den professionellen Einsatz deshalb so wichtig, weil oft eine sehr große Anzahl von Geräten zu betreiben ist. Daneben befinden sich die Router oftmals nicht auf dem Firmensitz des Betreibers, sondern stehen beim Kunden oder befinden sich im mobilen Einsatz z. B. in Fahrzeugen. Somit erleichtert Remote Management nicht nur den Prozess der ersten Inbetriebnahme, sondern auch die spätere Wartung und Fehlerbehebung. Beispielsweise können Standardkonfigurationen in der Cloud hinterlegt und dann per „one-touch“-Installation auf den Router übertragen werden. Aus diesem Grund bieten fast alle Anbieter mit professioneller Zielgruppe entsprechende Dienste an. Ein Vorteil für den Hersteller ist die zusätzliche Differenzierung gegenüber den reinen Hardwaremerkmalen. Außerdem werden damit laufende Einnahmen und eine langfristige Kundenbindung ermöglicht.

Datentarife für LTE Router/Gateways oder LTE Modems

Um den richtigen Datentarif für Ihr LTE Endgerät zu wählen, müssen Sie wissen, ob das Gerät sich nur in einem Land betreiben werden soll oder auch international. Darüber hinaus spielt die Datenmenge eine entscheidende Rolle. Einfache Sensorik benötigt nur wenige Megabyte im Monat, für Predictive Maintenance oder Medienübertragung fallen mehrere Gigabytes an.

Folgende IoT-Endgeräte können mit LTE-Gateways verbunden werden

Aktoren

Manche IoT-Endgeräte liefern dem Netzwerk keine Daten, sondern führen automatisierte Befehle aus. Dies sind die sogenannten Aktoren (manchmal auch Aktuatoren genannt). Einfach ausgedrückt arbeitet ein Aktor in umgekehrter Richtung wie ein Sensor. Er nimmt eine elektrische Eingabe auf und setzt sie in eine physische Aktion um. So sind beispielsweise ein Elektromotor oder ein hydraulisches System verschiedene Arten von Aktoren. Roboter sind z. B. mit gleicher maß vielen Aktoren, wie Sensoren ausgestattet.

Sensoren

Sensoren haben in den meisten Projekten eine weitaus stärkere Präsenz als Aktuatoren. Dies sind Geräte, die Veränderungen in einer Umgebung erkennen. Diese Veränderungen können durch eine Vielzahl von Eingaben gemessen werden, z. B. Licht, Bewegung, Druck, Temperatur, Ionisierung, usw. Einige Unternehmen benötigen Hunderte oder Tausende dieser Sensoren, um von großen Datensätzen zu profitieren, die für wichtige, informative Unternehmensentscheidungen verwendet werden. Durch die Umwandlung eigenständiger Sensoren in IoT-fähige Geräte wird ihr Einsatz skalierbar, da sie aus der Ferne gesteuert und gewartet werden können. Buchstäblich jede Art von Sensor kann als IoT-fähiges Gerät eingesetzt werden. Hier sind die vielversprechendsten Sensoren für IoT Anwendungen:

Temperatursensoren:
Sie sind eine der ältesten Arten von Sensoren und wurden in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt. Jetzt, mit dem Aufkommen des IoT, sind sie so relevant wie eh und je. Heutzutage haben sie einen neuen Zweck in IoT-Anwendungen wie Fertigung, Landwirtschaft und Gesundheitswesen gefunden. Es gibt viele verschiedene Typen von Temperatursensoren:

• Infrarot-Sensoren 
• Thermistoren 
• RTDs (Widerstands-Temperaturfühler) 
• Halbleiter (IC)

Abstandssensoren:
Dies sind Geräte, die die Anwesenheit von Objekten in der Nähe erkennen und diese in ein binäres Signal umwandeln, das leicht gelesen werden kann, ohne dass man mit dem Objekt in Kontakt kommen muss. Auch hier gibt es unterschiedlich Ausführungen, die alle das gleiche Ziel verfolgen:

• Photoelektrische Sensoren
• Ultraschall-Sensoren
• Induktive Sensoren
• Kapazitive Sensoren

Wasserqualitätssensoren:
Vor allem im Versorgungssektor ist der Erhalt zuverlässiger, aktueller Daten über die Wasserqualität in den Wasserverteilungssystemen eine entscheidende Maßnahme zur Verhinderung von Gesundheitskatastrophen. Es wird unterschieden zwischen:

• Leitfähigkeitssensoren
• pH-Sensoren
• Chlor-Restsensoren
• Trübungs-Sensoren

Infrarotsensoren:
Infrarotsensoren können verschiedene Merkmale ihrer Umgebung wahrnehmen, indem sie Infrarotstrahlung aussenden und erkennen. Im Gesundheitswesen können Infrarotsensoren zum Beispiel helfen, den Blutfluss und den Blutdruck problemlos zu überwachen. Jeder Fernseher verwendet Infrarotsensoren, um die von einer Fernbedienung gesendeten Signale zu interpretieren. 

Daneben gibt es noch eine Vielzahl von weiteren Sensoren, die jeweils in speziellen Use Cases Anwendung finden. Dennoch haben Sie das Potenzial zukünftig viele Geschäftsprozesse zu vereinfachen und zu automatisieren:

• Beschleunigungssensoren oder Gyroskope
  z.B. im der Zustandsüberwachung (condition monitoring)
• Optische Sensoren
  z.B. in der Verkehrsüberwachung
• Drucksensoren
• Gas-Sensoren
• Chemische Sensoren
  
• Rauch-Sensoren
  z.B. in der industriellen Produktion

Datentarife für LTE Router/Gateways oder LTE Modems

Um den richtigen Datentarif für Ihr LTE Endgerät zu wählen müssen Sie wissen ob das Gerät sich nur in einem Land betreiben werden soll oder auch international. Darüber hinaus spielt die Datenmenge eine entscheidende Rolle. Einfache Sensorik benötig nur wenige Megabyte im Monat, für Predictive Maintenance oder Medienübertragung fallen mehrere Gigabytes an.  Für alle diese Einsatzzwecke und auch für verschiedene Stückzahlen von einer SIM-Karte bis zu Tausenden finden sie das richtige Produkt von Digital SIM unter diesem LINK.