IoT Glossar
Was ist 4G?
4G ist die vierte Generation der Mobilfunktechnologie und öffnete die Türen für eine Reihe von Lösungen, einschließlich IoT-orientierten Varianten wie LTE Cat M, LTE Cat NB und LTE Cat 1.
Was ist 4G?
4G steht für die vierte Generation der mobilen Telekommunikationstechnologie. In ihren Anfängen bestand sie aus zwei großen Technologiezweigen: WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) und LTE (Long-Term Evolution). LTE wiederum hat die Tür zu LTE-M geöffnet, einer Art LPWAN-Lösung (Low Power, Wide Area Network), die sich als besonders effektiv für Geschäftsanwendungen, einschließlich IoT-Projekten, erwiesen hat.
Im Folgenden sehen wir uns diese Generation von Mobilfunknetzen genauer an und erläutern, wie sie Ihrem Unternehmen nützen können.
Die Geschichte von 4G
Seit Anfang der 2000er Jahre wurde der Begriff „4G“ von Mobilfunkbetreibern zur Beschreibung einer Reihe von Technologien und Diensten verwendet. Die Mobilfunkbranche benötigte Klarheit darüber, was diese Bezeichnung bedeutet.
Im Jahr 2008 legte die Internationale Fernmeldeunion (ITU) ihre Anforderungen an die 4G-Konnektivität fest, die alle Dienste erfüllen mussten, um als 4G bezeichnet werden zu können. Für den Mobilfunk bedeutete dies, dass die Verbindungsgeschwindigkeiten einen Spitzenwert von mindestens 100 Megabit pro Sekunde und für stationäre Anwendungen mindestens 1 Gigabit pro Sekunde erreichen mussten. Im Jahr 2008 waren diese Geschwindigkeiten noch nicht praktisch erreichbar; sie waren eher als Zielvorgabe für Entwickler gedacht.
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Damals war eine Technologie namens WiMax ein echter Anwärter darauf, die dominierende 4G-Verbindungslösung zu werden. Gelegentlich als „Wi-Fi auf Steroiden“ bezeichnet, funktionierte WiMax nach den gleichen Prinzipien wie Wi-Fi mit sehr großer Reichweite und hatte das Potenzial, sowohl herkömmliche Festnetzanschlüsse als auch das mobile Internet zu ersetzen.
Aus verschiedenen praktischen und finanziellen Gründen haben die meisten Betreiber jedoch beschlossen, nicht in völlig neue WiMax-Netze zu investieren. Stattdessen entschieden sie sich für die Einführung von LTE, was im Wesentlichen eine Aufrüstung der bestehenden Netztechnologie und keine völlig neue Infrastruktur bedeutete.
Die erste Version von LTE war nicht für die IoT-Nutzung konzipiert. Der Stromverbrauch war etwa 50 % höher als bei 3G-Technologien. Außerdem nutzt LTE viel mehr Frequenzbänder als 3G und 2G, was bedeuten kann, dass Sie mehrere Modems benötigen, um es weltweit einzusetzen.
In den letzten Jahren hat LTE jedoch weiterentwickelte Technologien hervorgebracht, die für industrielle, kommerzielle und verbraucherorientierte IoT-Projekte entwickelt wurden:
- LTE Cat M oder LTE-M (Long-Term Evolution für Maschinen)
- LTE Cat NB oder NB-IoT
Sowohl LTE-M als auch NB-IoT erfordern eine aufgerüstete Netzinfrastruktur, LTE Cat 1 dagegen nicht. LTE Cat 1 kann in den ursprünglichen 4G-LTE-Netzen betrieben werden.
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Was ist anders an 4G?
4G und insbesondere die als LTE-M bezeichnete, auf das Internet of Things ausgerichtete Variante, bieten die folgenden Vorteile:
Leistung
LTE Cat 6 verbesserte die Latenz und die Bitrate (oder Geschwindigkeit) auf 300 Mbit/s gegenüber den 150 Mbit/s, die LTE Cat 4 bot. Während diese Leistung für Smartphone- oder Tablet-Benutzer und in LTE-Gateway- oder Router-basierten Anwendungen von erheblichem Nutzen ist, ist sie für die meisten IoT-Anwendungen nicht wirklich von Vorteil. Die Auswirkungen von LTE Cat 6 auf den Stromverbrauch und damit die Batterielebensdauer sind für IoT nachteilig.
LTE hat sich auch am unteren Ende des Leistungsspektrums weiterentwickelt, so dass sich LTE mehr denn je für IoT eignet, selbst wenn eine lange Akkulaufzeit erforderlich ist.
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LTE Cat 1 bietet Downlink-Geschwindigkeiten von 10 Mbit/s und Uplink-Geschwindigkeiten von 5 Mbit/s.
LTE-M bietet durchschnittliche Uplink- und Downlink-Geschwindigkeiten von 375 KBit/s, wobei ein Spitzenwert von 1 MBit/s erreicht werden kann. Die Latenzzeit liegt in der Regel in der Größenordnung von 100 ms.
NB-IoT ist absichtlich auf eine geringere Leistung ausgelegt und kann Uplink-Geschwindigkeiten von unter 100 Kbit/s (Downlink-Geschwindigkeiten von unter 30 Kbit/s) bieten. Die Latenzzeit liegt in der Regel in der Größenordnung von 1s.
Bei der Auswahl der am besten geeigneten Technologie müssen die Anforderungen an Leistung, Abdeckung (innen und außen), Mobilität und Akkulaufzeit abgewogen werden.
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Stromsparen
Der Energiesparmodus ist äußerst nützlich, wenn die Geräte zwischen dem Senden von Nachrichten nicht erreichbar sein müssen. Sie können Ihre Geräte so konfigurieren, dass sie in den Ruhezustand gehen, aber immer noch in der Lage sind, das Netz mit Statusaktualisierungen zu versorgen. LTE und NB-IoT unterstützen diese Art von Funktionen.
LTE hat sich auch am unteren Ende des Leistungsspektrums weiterentwickelt, so dass es sich mehr denn je für das Internet of Things (IoT) eignet, selbst wenn eine lange Akkulaufzeit erforderlich ist.
Abdeckung
LTE-M und NB-IoT bieten eine bessere Reichweite und ein besseres Eindringen nicht nur in Gebäude, sondern auch in unterirdische und halb unterirdische Bereiche.
Wie wird 4G im IoT eingesetzt?
Das standardmäßige 4G-Protokoll (LTE) bietet eine nützliche Anschlussmöglichkeit, wenn Sie einen hohen Datendurchsatz benötigen. Zu den besten Beispielen gehören Sicherheitssysteme, die Videoübertragung und -analyse beinhalten oder Anforderungen an maschinelles Sehen, erweiterte Realität (AR) oder künstliche Intelligenz (KI) haben.
Für weniger datenintensive IoT-Anwendungsfälle gibt es jedoch geeignetere Optionen.
Nicht zuletzt ist die Möglichkeit, die Batterielebensdauer zu verlängern, indem man in den Ruhezustand geht, ideal für Maschinen an schwer zugänglichen Orten, an denen hohe Abrufkosten anfallen.
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NB-IoT eignet sich gut für den großflächigen Einsatz stationärer Geräte mit geringeren Datenanforderungen, z. B. für Stromzähler, einige Anwendungen zur Zustandsüberwachung und Umweltsensoren.
Höhere Geschwindigkeit, geringere Latenz und Mobilitätsfunktionen machen LTE-M zu einer guten Option für eine breite Palette von Anwendungen, einschließlich Notfallausrüstung (z. B. Aufzüge und Fernhilfsgeräte, Lösungen für Einzelpersonen, Anlagenverfolgung und mehr).
LTE Cat 1 eignet sich gut für IoT-Geräte, die über eine Stromquelle verfügen oder deren Akkus sich aufladen lassen, ohne dass dadurch zusätzliche Kosten entstehen oder die Benutzerfreundlichkeit beeinträchtigt wird, z. B. Mikromobilität, Wearables für Verbraucher, M2M-Gateways und mehr.
Die 4G-LTE-Technologien bieten eine Reihe von Lösungen mit Optionen für Leistung, Abdeckung, geringen Wartungsaufwand und ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und bieten somit eine Auswahl für das IoT.
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