NARROWBAND IOT BAHNBRECHEND FÜR DAS INTERNET DER DINGE - WHITEPAPER, OKTOBER 2017 - IOT@TELEKOM
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NARROWBAND IoT Bahnbrechend für das Internet der Dinge Whitepaper, Oktober 2017
Narrowband IOT Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Einleitung ..................................................................................................................................................3
LPWA: unterschiedliche Netze für verschiedenste Anforderungen...........................................4
NB-IoT – die Technologie.......................................................................................................................5
Sicherheit für alle Komponenten .........................................................................................................7
NB-IoT im Trend .......................................................................................................................................7
NB-IoT-Anwendungsfälle .......................................................................................................................8
Ausblick.................................................................................................................................................. 10
Glossar.................................................................................................................................................... 11
Bild 1: Die wichtigsten Vorteile von NB-IoT
Milliarden von Geräten Geringes Datenvolumen Niedriger Energieverbrauch Tiefe Gebäudedurchdringung
Bis zu 100-mal mehr Geräte pro Bidirektionale, seltene Über Bis zu 10 Jahre Batterielaufzeit2 +20 dB Leistungsübertragungs-
Zelle (im Vergleich zu GSM) tragung von geringen Daten bilanz (im Vergleich zu GSM)
mengen. Datenübertragungsraten
von 600 bis 250 kBit/s.1
1
Abhängig von Netzauslastung und Signalstärke. 2
Gilt für 2 AA-Batterien und typische Datenverbrauchsmuster.
2
Narrowband IOT Einleitung
Einleitung
Das Internet der Dinge verändert unsere Welt. Unternehmen und Städte möchten. Ein hoher Energieverbrauch führt zu einem großen und kost
auf der ganzen Welt rüsten Objekte mit Software, Sensoren und Kon- spieligen Wartungsaufwand für den Austausch oder das Laden von
nektivität aus, um sie in einem globalen Netzwerk zusammenzuführen: Batterien. Eine unzureichende Netzabdeckung innerhalb von Gebäuden
dem Internet der Dinge, auf Englisch „Internet of Things“, kurz IoT. Da begrenzt zudem die Möglichkeit, neue Anwendungen zu entwickeln.
diese Objekte mit ihrer neuen Ausstattung in der Lage sind, Daten zu Wenn Sensoren nicht in der Lage sind, über einen großen Bereich hin
erfassen und auszutauschen, kommen sie in immer mehr Prozessen, weg zu kommunizieren, müssen lokale Gateways eingerichtet werden.
Branchen und Ländern zum Einsatz; es entstehen neue Dienstleistungen Zudem ist die ständige Wartung der peripheren Netzwerke erforderlich.
oder gar ganz neue Geschäftsmodelle. Bekannte IoT-Anwendungsfälle Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP), eine weltweite
sind Smart Metering, Warenverfolgung und die Überwachung von Organisation, in der auch die Deutsche Telekom mitwirkt, treibt die
Industrieanlagen. Standardisierung der Mobilfunktechnologien voran, um genau diese
Herausforderungen zu bewältigen. Mitte 2016 veröffentlichte das
Projekt im Rahmen seines Release 13 eine Reihe von innovativen
Ein Netz wie kein anderes Funktechnologien, die für das Internet der Dinge optimiert sind.
NarrowBand IoT (oder LTE Cat-NB1) ist einer dieser 3GPP-definierten
Was macht die Technologie NarrowBand IoT (NB-IoT) so interessant? Standards. Technologien wie diese stellen die Weichen, um IoT-
Sie ist ideal für LPWA-Systeme (Low Power Wide Area), bei denen viele Lösungsanbietern die technischen Möglichkeiten zu geben, den
andere Technologien versagen. Zwar gibt es bereits bestehende Mobil- Einsatz von IoT im großen Stil wirtschaftlich umsetzbar zu machen.
funknetze, diese sind jedoch nicht für Anwendungen optimiert, die
nur sehr kleine Datenmengen senden und empfangen. Doch genau
das machen viele IoT-Geräte: Sie tauschen nur selten Daten mit NB-IoT – Merkmale und Vorteile
Backend-Systemen aus. Andere Technologien mögen über eine ausge
zeichnete Netzabdeckung im Außenbereich verfügen, der Empfang Welche besonderen Eigenschaften bietet NarrowBand IoT? Mit einzig-
tief im Gebäudeinneren ist jedoch meist nur eingeschränkt möglich. artigen Vorteilen, zu denen in erster Linie niedrigere Kosten, ein
Darüber hinaus unterstützen die im Handel erhältlichen drahtlosen geringerer Stromverbrauch und eine höhere Gebäudedurchdringung
Kommunikationsmodule, die sich mit GSM, 3G oder LTE-Mobilfunk zählen, wird NB-IoT vielen IoT-Anwendungsfällen mit geringen Band-
netzen verbinden, eine breite Palette von Diensten. Viele dieser Dienste breitenanforderungen im industriellen, öffentlichen und auch privaten
sind jedoch für IoT-Anwendungsfälle nicht erforderlich und würden Bereich gerecht. NarrowBand IoT basiert auf einem globalen Industrie
lediglich die durchschnittlichen Hardwarekosten in die Höhe treiben. standard und wird innerhalb eines lizenzierten Spektrums betrieben.
Letztendlich ist eine Batterielebensdauer von mehreren Jahren mit Somit kann diese Technologie einen internationalen Betrieb, Stabilität,
solchen Technologien oft nicht erreichbar, da weder das Netz noch Zuverlässigkeit, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und hohe Skalierbarkeit
die Geräte über die notwendigen Energiesparmechanismen verfügen. sicherstellen. Die Deutsche Telekom möchte diese Entwicklung vor-
antreiben und an ihr teilhaben. Deshalb führt sie NB-IoT aktuell in
Daher sehen sich Unternehmen regelmäßig mit einer Vielzahl von zahlreichen internationalen Märkten ein und beteiligt sich an der
Herausforderungen konfrontiert, wenn sie das Internet der Dinge nutzen Entwicklung relevanter Anwendungen.
Geringe Kosten Plug & Play Weltweiter Standard Hohe Sicherheit
Funkmodul < 5 $ (Industrieziel), Direkter Anschluss des Sensors Weltweiter 3GPP-Industrie Bewährte SIM-basierte Sicher-
geringere Gesamtbetriebskosten (keine Installation und Wartung standard für Netzbetreiber heitsmechanismen gemäß
von lokalen Netzwerken / Gate- im lizenzierten Spektrum LTE-Standard
ways erforderlich)
3
Narrowband IOT LPWA: Unterschiedliche NetzE für verschiedenste Anforderungen
lPWA: UNTeRschIeDlIche Netze FÜR
verschiedenste Anforderungen
NB-IoT ist nicht der einzige von 3GPP definierte LPWA-Standard. Ein Durch welche Technologien wird der massive Einsatz von IoT-Anwen-
weiteres Beispiel ist LTE-M (Long Term Evolution for Machines), auch dungen möglich? Diese Frage stellen sich die meisten Benutzer, wenn
bezeichnet als LTE Cat-M1 oder eMTC. Wie NB-IoT dient er als Erwei- sie ein Netz auswählen.
terung des aktuellen LTE-Standards, kann dabei aber höhere Daten-
raten als NB-IoT übertragen. Dadurch benötigt diese Technologie aber
erheblich mehr Bandbreite, was deutlich komplexere und damit teurere Skalierbarkeit als Schlüsseleigenschaft
Funkmodule nach sich zieht. Die beiden Technologien ergänzen sich,
da sie jeweils die Anforderungen verschiedenster IoT-Anwendungsfälle Skalierbarkeit ist eine der herausragenden Eigenschaften von 3GPP-
erfüllen. basierten LPWA-Netzen, da hier Mobilfunknetzbetreiber ihre eigenen
Kapazitäten gemeinsam mit bestehenden LTE-Netzen verwalten
Es existieren noch weitere LPWA-Technologien, die sich von Narrow- können. Im Gegensatz dazu sind für proprietäre Technologien wie
Band IoT in vielfältiger Weise unterscheiden, etwa in der Standardisie LoRa und Sigfox dedizierte Gateways und Netze erforderlich, die von
rung, der erforderlichen Infrastruktur und dem Frequenzspektrum. verschiedenen Unternehmen in den unterschiedlichen Ländern und
NB-IoT verwendet die bestehenden Ressourcen von LTE-Netzbetreibern Regionen betrieben werden. Für einen zuverlässigen und sicheren
wie Standorte, Basisstationen, Antennen, Backhaul und ihr lizenziertes Betrieb von Netzen und Plattformen für IoT-Anwendungen bringen
Spektrum. Diese lizenzierten Frequenzbänder sind für eine immens Mobilfunknetzbetreiber damit die besseren Voraussetzungen mit, da
hohe Anzahl von Geräten ausgelegt und gewährleisten einen stabilen sie die Ansprüche an Netzkapazitäten und auch Datensicherheit
und störungsfreien Betrieb. Dank ihrer hohen Kapazitäten funktioniert erfüllen. NB-IoT wird derzeit als Industriestandard weltweit eingeführt,
die Datenübertragung zuverlässig, was wesentlich zur Attraktivität auch in den USA und auf dem chinesischen Markt, wo alle drei
von NB-IoT beiträgt. Im Gegensatz dazu kann sich auf nicht lizenzierten Mobilfunknetzbetreiber ihre Netze schnell erweitern. Dadurch nimmt
Frequenzbändern (z. B. durch Interferenzen) die Datenübertragung das Produktionsvolumen von Funkmodulen weiter zu und die Stück-
verschlechtern, wenn die Anzahl der verbundenen Geräte steigt. kosten sinken.
Darüber hinaus profitiert NB-IoT als globaler Industriestandard von
einer großen Auswahl an Geräten und Chipsätzen. Dies verringert
letztendlich auch das Risiko einer Anbieterabhängigkeit, wie sie bei
proprietären Technologien auftreten kann.
Tabelle 1: Übersicht über verschiedene IoT-Übertragungstechnologien
LTE Cat-1 LTE-M NB-IoT LoRa Sigfox
Spektrum lizenziert lizenziert lizenziert nicht lizenziert nicht lizenziert
Bandbreite 20 MHz 1,4 MHz 180 kHz 125 – 500 kHz 200 kHz
Bidirektionale Datenübertragung Vollduplex Halbduplex Halbduplex Halbduplex Halbduplex
& Vollduplex
Maximale Datenrate 10 Mbps (DL) 1 Mbps (DL) 250 kbps (DL) 50 kbps (DL) 0,6 kbps (DL)
5 Mbps (UL) 1 Mbps (UL) 230 kbps (UL) 50 kbps (UL) 0,1 kbps (UL)
Typischer Uplink-Datendurchsatz ~ 200 kB ~ 1,64 kB
pro Tag Nur beschränkt durch die Batterieleistung, die Qualität
des Funksignals und die Geschäftsbedingungen
Typischer Downlink-Datendurchsatz (z. B. monatliches Datenvolumen, Anzahl der Nachrichten / Größe pro Zeitraum) ~ 200 B ~ 24 B
pro Tag
Max. Coupling Loss (ggb. GSM) 144 dB 156 dB 164 dB 157 dB 153 dB
(0 dB) (+ 12 dB) (+ 20 dB) (+ 13 dB) (+ 9 dB)
Erwartete Modulkosten > 10 $ < 10 $
Narrowband IOT NB-IoT – Die Technologie
NB-IOT – Die TechNOlOGIe
Das Potenzial von NB-IoT oder „Schmalband-IoT“ ist groß, denn die Low Ein NB-IoT-Modul für weniger als 5 US-Dollar: So lautet das erklärte
Power Wide Area-Technologie schafft die Grundlage für die Entwicklung Industrieziel, das bereits in den nächsten Jahren erreicht werden soll.
vielfältiger neuer Anwendungen. Doch welche ihrer technischen Eigen Dafür wurden nicht benötigte LTE-Funktionen aus der Stückliste (Bill
schaften machen dies möglich? of Materials, BoM) entfernt. Durch den Verzicht auf Carrieraggregation,
Voiceunterstützung, Multistreamübertragungen für den Downlink- und
Uplinkverkehr, parallele Verarbeitung, Messung der Mobilität im ver
Leistungsmerkmale bundenen Modus, Turbodecoder sowie Inter- und Intra-RAT-Handover
können die Module kostengünstiger als herkömmliche LTE-, 3G- oder
LTE-Technologie bildet die Grundlage für NB-IoT, wobei jedoch einige GSM-Module hergestellt werden.
Spezifikationsmerkmale ausgespart wurden, die für LPWA-Anwen-
dungen nicht erforderlich sind. Deshalb bietet NB-IoT einzigartige
Vorteile gegenüber anderen Technologien wie 2G, 3G und LTE, die DIE DREI Leistungsfaktoren
ansonsten nicht möglich wären oder hohe Kosten verursachen würden.
Doch wie genau gelingt es mit NB-IoT, eine lange Batterielebensdauer, Die technische Leistung eines NB-IoT-Geräts wird durch drei Faktoren
eine bessere Netzabdeckung in Gebäuden und niedrigere Modulkosten beeinflusst: die Batterielebensdauer, das Datenverkehrsprofil und
zu erzielen? die Netzabdeckung.
Die langjährige Batterielaufzeit ist einer der größten Vorteile von NB-IoT. Bild 2: Die drei Leistungsfaktoren
Voraussetzung dafür sind optimierte NB-IoT-Chipsätze, die sich nur auf
diejenigen Funkeigenschaften konzentrieren, die für die eingesetzten
Geräte relevant sind. Die Reduzierung von Signalisierung und Overhead
sorgt dafür, dass die Daten effizienter und direkt über die Signalisierungs
schicht übertragen werden können – eine Funktion, die als Data over Netzabdeckung
Non-Access Stratum (DoNAS) bezeichnet wird. Darüber hinaus ver-
setzt ein speziell entwickelter Stromsparmodus (Power Saving Mode,
PSM) die Module in einen Ruhezustand, in dem sie sehr wenig Energie
verbrauchen (wenige μA). Durch das gelegentliche Senden von NB-IoT
TAU-Nachrichten (Tracking Area Update) bleiben die Module jedoch
im Netz angemeldet, sodass beim Wiedereinschalten keine erneute
Registrierung notwendig wird. Die Long Periodic TAU-Funktion erlaubt Datenverkehrsprofil Batterielebensdauer
es den Modulen, die Intervalle zwischen diesen Trackingnachrichten
auf bis zu mehrere Wochen zu erhöhen und die Schlafperioden Bei der Entwicklung einer NarrowBand-IoT-Anwendung sollte man
entsprechend zu verlängern. Die Funktion Extended Discontinuous sich also die folgenden Fragen stellen.
Reception (eDRX) macht ein längeres Paging bei geringem Strom
verbrauch möglich, damit die Geräte Downlinkdaten vom Server ¡ Netzabdeckung: Wo befindet sich das Gerät, z. B. im Inneren des
empfangen, aber keine Uplinkdaten senden. Grundsätzlich ist jedes Gebäudes? Die Antwort weist darauf hin, ob für den Verbindungs-
Gerät in der Lage, den Stromsparmodus, Long Periodic TAU und eDRX aufbau CE-Level 0, 1 oder 2 erforderlich ist.
anzufordern und zu steuern, um so seinen Energieverbrauch bedarfs- Datenverkehrsprofil: Wie häufig sollte das IoT-Gerät Daten an den
¡
gerecht zu optimieren. Server (Uplinkverkehr) senden? Wie groß ist die durchschnittliche
Menge der Verkehrsnutzdaten? Wie umfangreich ist der Downlink-
Der bessere Empfang in Gebäuden gilt als ein weiterer wichtiger verkehr (z. B. Befehle an IoT-Geräte, Firmwareupdates)?
Vorteil von NB-IoT. Ausschlaggebend dafür ist die höhere Leistungs- Batterielebensdauer: Wie lange muss eine Batterie in der Lage
¡
dichte, die dadurch erreicht wird, dass die Funksignale auf einer sein, das IoT-Gerät mit Strom zu versorgen? Welcher Batterietyp
schmaleren Trägerbandbreite von nur 180 kHz übertragen werden. ist erforderlich?
Zusätzlich dazu bietet die Funktion „Coverage Enhancement“ (CE)
die Möglichkeit, Nachrichtenübertragungen zu wiederholen, falls Diese Faktoren beeinflussen einander und müssen aufeinander
dies aufgrund schlechten Empfangs nötig sein sollte. Bei proprietären abgestimmt werden. Je nachdem, welcher Faktor für die Anwendung
Technologien hingegen, die im nicht lizenzierten Spektrum betrieben wichtiger ist, müssen bei den jeweils anderen Zugeständnisse
werden, ist die Anzahl der Wiederholungen gesetzlich begrenzt gemacht werden. Befindet sich zum Beispiel ein IoT-Gerät, das in einer
(wegen der vorgeschriebenen Lastzyklen), was eine effektive Netz Stunde zahlreiche Nachrichten sendet, tief im Keller eines Gebäudes
abdeckung im Gebäudeinneren verhindert. (das bedeutet: CE-Level 2 ist notwendig), kann eine Batterie eine
Lebensdauer von zehn Jahren naturgemäß nicht erreichen.
5Narrowband IOT NB-IoT – Die Technologie
DAS NB-IOT-NETZ Es gibt zwei Möglichkeiten der Datenübertragung zwischen NB-IoT-
Geräten und dem jeweiligen Anwendungsserver.
NB-IoT basiert auf LTE und kann daher problemlos in eine bereits
vorhandene LTE-Infrastruktur integriert werden. Häufig sind für die 1. IP-basiert: Abhängig vom Betreiber und von den gewünschten Funk
Implementierung in das LTE-Funkzugangsnetz nur einfache Software- tionen des Funkmoduls, sind IPv4 und IPv6 möglich. In diesem Fall
upgrades nötig. Außerdem müssen einige im 3GPP-Standard für NB-IoT ist UDP das gängige und empfohlene Transportprotokoll. An der
spezifizierte Komponenten eingerichtet werden, z. B. Kernnetzelemente Luftschnittstelle wird TCP grundsätzlich unterstützt (und im 3GPP-
wie das C-SGN. Standard spezifiziert), aufgrund des für NB-IoT resultierenden höheren
Datenvolumens aber nicht empfohlen. Ebenso können HTTP und
Da sich NB-IoT sowohl im GSM- als auch im LTE-Spektrum betreiben HTTPS über die Luftschnittstelle nicht angemessen umgesetzt
lässt, sind keine zusätzlichen Spektrumslizenzen erforderlich. Die werden, weil sie TCP benötigen und zusätzliches Datenvolumen
Technologie unterstützt verschiedene Betriebsarten, womit die für ihren Overhead notwendig ist.
Nutzung des Spektrums flexibel unterschiedlichen regionalen Netz
implementierungen, beispielsweise als Stand-alone, im Guard-Band- 2. Nicht IP-basiert: Wenn möglich, wird eine nicht IP-basierte Datenüber
oder In-Band-Betrieb, angepasst werden kann. tragung für NB-IoT empfohlen, weil diese die übertragene Datenmen-
ge reduziert (da der Overhead eingespart wird). Die Daten des
Alle Geräte, die NB-IoT nutzen, benötigen ein spezifisches NB-IoT- Geräts werden dann durch das Netz über IP zur Anwendung weiter
Funkmodul oder entsprechenden -Chipsatz sowie eine SIM-Karte, geleitet. Daten können nur an jeweils eine Ziel-IP-Adresse gesendet
um von Sicherheit auf LTE-Niveau zu profitieren. Ein standardisiertes werden (Server), was die Sicherheit des NB-IoT-Geräts weiter erhöht
SIM-Profil ermöglicht zudem die Nutzung von NB-IoT in den Netzen und das Missbrauchsrisiko senkt.
ausländischer Mobilfunknetzbetreiber. Zu den verschiedenen unter-
stützten Formfaktoren zählt auch der M2M-Formfaktor (MFF). Jedoch Anwendungsprotokolle wie MQTT, MQTT-SN, CoAP und oneM2M
unterstützen einige Anbieter wie die Deutsche Telekom aufgrund können in jedem Fall verwendet werden.
der hohen Kosten derzeit kein eSIM (eUICC), da sie nicht zum preis-
günstigen Geschäftsmodell von NB-IoT passen. Im Allgemeinen sind in NB-IoT-Netzen zuverlässige Datenverbindungen
ohne geografische Einschränkungen möglich, da jedes Gerät über
eine direkte Langstreckenverbindung zum Server verfügt. Im Gegen-
satz dazu müssen bei anderen Technologien mit lokalen oder ver-
maschten Netzen viele periphere Gateways betrieben werden. Dies
kann die Gesamtbetriebskosten erhöhen.
Bild 3: Datenübertragung in einem NB-IoT-Netz
NB-IoT-Gerät Luftschnittstelle Basisstation C-SGN Internet /IP-VPN Anwendungsserver
IP Charging record
UDP IP Signal UDP IP
Payload Payload Header
Header Header Header Header
Internet /
Sensor, Modem, SIM IP to IP ERP-System
28 B (IPv4) / 48 B (IPv6) IPsec-Tunnel (optional)
Mehrere Ziel-IP-Adressen
werden unterstützt
NON-IP Charging record
Signal UDP IP
Payload Payload Header
Header Header
Internet /
Sensor, Modem, SIM Non-IP to IP ERP-System
Non-IP Data Delivery (NIDD) IPsec-Tunnel
Nur eine Ziel-IP-Adresse
wird unterstützt
6Narrowband IOT Sicherheit für alle Komponenten / NB-IoT im Trend
Sicherheit für alle Komponenten
NB-IoT ist eine weltweit standardisierte Technologie mit LTE-Sicher- ist. Darüber hinaus kann der Benutzer entscheiden, ob die Daten der
heitsmechanismen nach 3GPP und bietet für alle ihre Anwendungen Clientanwendung von dem Gerät mit Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
eine hohe Sicherheitsstufe. oder per Hashverfahren auf den Server oder das ERP-System über-
tragen werden sollen.
¡ Integrität und Authentifizierung: Bei Zugriff auf das NB-IoT-Netz
werden sowohl der Teilnehmer beziehungsweise das Gerät als auch ¡ Verfügbarkeit: Die Deutsche Telekom betreibt das NB-IoT-Netz parallel
das Netz verifiziert. Diese sogenannte gegenseitige Authentifizierung zu den bestehenden LTE-Netzen. Dadurch kann das Unternehmen
der Infrastruktur erfolgt über die SIM-Karte, auf der vertrauliche An- auf eine bewährte Infrastruktur und langjährige operative Erfahrung
meldeinformationen und Teilnehmerdaten gespeichert und so vor zurückgreifen. Das europäische C-SGN ist georedundant und daher
unbefugtem Zugriff geschützt sind. Um die Integrität der übertragenen hochverfügbar. Zur weiteren Verbesserung der Verfügbarkeit sind
Daten zu gewährleisten, wird unabhängig von der Verschlüsselungs redundante Verbindungen vom Kernnetz zum Anwendungsserver
funktion ein spezieller Datenschlüssel generiert. Im Gegensatz zu möglich.
anderen Technologien nutzt NB-IoT zudem längere Verschlüsselungs
codes (128 bis 256 Bit), um das Sicherheitsniveau zu erhöhen. Eine Insgesamt ist NarrowBand IoT sicherer als proprietäre Technologien,
Manipulation der Daten wird so zuverlässig durch das Gerät und da die Schutzmaßnahmen alle Ebenen einbeziehen – von der UICC
C-SGN erkannt. im Gerät bis zum Anwendungsserver. Als globaler Industriestandard
profitiert NB-IoT (wie LTE) von einem großen internationalen Ökosystem
¡ Vertraulichkeit: Die Benutzerdaten werden zwischen dem NB-IoT aus Dienstleistern und anderen Experten, die die Sicherheitsfunktionen
Modem und dem Kernnetz über eine separat generierte Codierung und Algorithmen ständig überprüfen und verbessern, sobald neue
und einen Algorithmus verschlüsselt. Ein IPsec-Tunnel schützt den Gefahren drohen. Im Rahmen ihrer Corporate Identity ist die Deutsche
Datenverkehr zwischen dem Kernnetz (C-SGN) und dem Anwen- Telekom bestrebt, ihre Kunden und deren Vermögenswerte bestmöglich
dungsserver, sodass das Gerät nicht vom Internet aus erreichbar zu schützen.
NB-IoT im Trend
Die Deutsche Telekom ist der erste Netzbetreiber, der NB-IoT in Deutsche Telekom ist zudem sehr daran interessiert, ihre Best Practices
Deutschland eingeführt hat und Dienste in Produktivnetzen anbietet. In für das NB-IoT-Lösungsdesign weiterzugeben. Hierfür stehen Kunden
den Niederlanden wird das weltweit erste NB-IoT-Netz mit landesweiter und Partnern Richtlinien für IoT-Lösungen zur Verfügung. Sie bein
Abdeckung bereits seit Mai 2017 betrieben. In einigen weiteren euro- halten Informationen zu Netzparametern und verraten Tricks zur
päischen Ländern hat der Ausbau von NB-IoT ebenfalls begonnen. In Leistungsoptimierung von NB-IoT-fähiger Hardware sowie zum Geräte
den USA plant T-Mobile, noch diesen Herbst in Las Vegas mit dem anwendungsdesign. Diese Richtlinien enthalten zudem Sicherheits-
ersten kommerziellen NB-IoT-Netz an den Start zu gehen, mit dem anforderungen an Embedded Devices und IoT-Lösungen.
Ziel, bis Mitte 2018 eine landesweite Abdeckung zu erreichen.
Zu Beginn der Markteinführung von NB-IoT hatten nur wenige Anbieter
Mit ersten Testpaketen für NB-IoT erleichtert die Deutsche Telekom Funkmodule in ihrem Portfolio. Dank eines aktiven Austauschs mit
ihren Kunden, Partnern und anderen Interessierten den Einstieg in das weiteren Herstellern konnte die Deutsche Telekom die Entwicklung von
neue Netz. Diese Pakete ermöglichen die Entwicklung von Prototyp Modulen und Chipsätzen vorantreiben. Die ersten Module werden
lösungen für NB-IoT und ihre Einführung auf den jeweiligen Märkten. voraussichtlich Ende 2017 vollständig zertifiziert.
Bereits 2016 startete die Deutsche Telekom zu diesem Zweck das
Programm NB-IoT Prototyping Hub. Zusammen mit ihrem Inkubator Die Deutsche Telekom zählt außerdem zu den Unternehmen, die sich
hub:raum haben innovative Start-ups und etablierte Lösungsanbieter am stärksten für die Ausweitung der Zertifizierung des Global Certifi-
in den IoT-Laboren in Bonn, Berlin und Krakau Prototypen entwickelt cation Forum (GCF) auf NB-IoT eingesetzt haben. Die GCF-Zertifizierung
und getestet und den Markt damit frühzeitig belebt. Darüber hinaus umfasst nun auch simulatorbasierte Konformitätstests mit NB-IoT-
steht Start-ups, B2B-Partnern und Kunden mit dem WARP NB-IoT- Testfällen gemäß 3GPP und Tests von Produktivnetzen auf Grundlage
Programm von hub:raum Krakau und der Deutschen Telekom ein von GSMA-Spezifikationen. Ein fehlendes Puzzleteil stellte bisher die Ver-
Industrieökosystem zur Verfügung, in dem sie NB-IoT-Anwendungen fügbarkeit von Produktivnetzen für die NB-IoT-Feldprüfung gemäß GCF
und -Lösungen in einem frühen Stadium entwickeln können. Die dar. Diese Lücke wurde nun von der Deutschen Telekom geschlossen.
7Narrowband IOT NB-IoT-Anwendungsfälle
NB-IOT-ANWENDUNGSFÄLLE
Für zahlreiche Anwendungsfälle ist NB-IoT optimal geeignet, da das Netz ein sehr breites Spektrum von Anwendungen unterstützt. Gelungene
Beispiele lassen sich in Versorgungsunternehmen, in der Logistik, der industriellen Fertigung, der Konsumgüterindustrie und der Landwirt-
schaft sowie in den Bereichen Smart City und Smart Building finden. Dank der niedrigen Kosten, des geringen Stromverbrauchs und der guten
Netzabdeckung in Gebäuden eignet sich NB-IoT auch da, wo die zuvor verfügbaren Netze und Technologien nicht eingesetzt werden konnten.
Unternehmen sind ab jetzt nicht nur in der Lage, die Effizienz vorhandener IoT-Anwendungen zu steigern, sondern auch neue Märkte zu
erschließen und neue Produkte sowie Dienstleistungen zu entwickeln.
Smart Parking
Schätzungen zufolge werden bis zu 30 % des Stadtverkehrs von Autofahrern
auf Parkplatzsuche verursacht. Smart-Parking-Lösungen wie Park and Joy der
Deutschen Telekom helfen Autofahrern dabei, Zeit zu sparen, und erlauben es den
Kommunen, für ihre Einwohner ausreichend Parkplätze bereitzustellen, was die Einnahmen
erhöht und den Verkehr verringert. Finden – Buchen – Parken – Bezahlen: Nach diesem Motto
unterstützt Park and Joy Autofahrer während des gesamten Parkprozesses. Die IoT-Lösung
sammelt Informationen zur Belegung, während verschiedene Sensoren zuverlässige Prognosen
für die Parkplatzsituation in der Stadt ermöglichen. Die Autofahrer können diese Daten über
eine Smartphone-App abrufen. Die erste Stadt, die Park and Joy anbietet, ist Hamburg, wo
NB-IoT- Sensoren im Laufe der nächsten Jahre in der ganzen Stadt installiert werden.
ÜBERWACHUNG DER LIEFERKETTE
Jedes Jahr schleusen Schmuggler Hunderte Tonnen Betäubungsmittel in die
EU und die USA ein, indem sie diese in fremden Containern verstecken. Um
dem ein Ende zu bereiten, hat das niederländische Start-up Babbler eine Versie
gelungslösung entwickelt. Sie warnt beispielsweise, sobald die Versiegelung
beschädigt wird. Hierdurch soll die Risikoanalyse durch den Zoll und Transportunter
nehmen verbessert werden. NB-IoT ist gut für die schwierigen Bedingungen in Häfen
und auf Schiffen geeignet, da hier traditionelle Technologien wie WLAN oder GSM
aufgrund der Leistungs- und Netzbeschränkungen nicht funktionieren. Darüber hinaus
macht es globales Roaming möglich, die Daten an jeder Station der Lieferkette zu erfassen.
SMART SUBMETERING
Die Fernauslesung von Zählern und Nebenzählern (etwa für Heizung, Gas,
Wasser und Strom) in Wohngebäuden ist sowohl für Hausverwaltungen als
auch für private Haushalte praktischer. Dank der hervorragenden Abdeckung von
NB-IoT im Gebäudeinneren lassen sich Verbindungen zu den (Neben-)Zählern direkt herstellen, ohne
dass lokale Gateways installiert und gewartet werden müssen. Die ista International GmbH, ein deutsches
Unternehmen, das intelligente Ablesedienstleistungen anbietet, sieht NB-IoT als Zukunftstechnologie
für die einfache Fernablesung in Wohn- und Gewerbeimmobilien. Die Anforderungen an die intelligente
Ablesung passen perfekt zu den NB-IoT-Eigenschaften, da der geringe Stromverbrauch einen wartungs
freien Betrieb für viele Jahre garantiert. Nebenzähler können, auch wenn sie sich im Gebäudeinneren
befinden, zuverlässig verbunden werden und die voraussichtlichen Gesamtkosten pro Verbindung
sind sehr niedrig. Außerdem müssen nur geringe Datenmengen übertragen werden, wohingegen
Mobilität (im Sinne einer nahtlosen Übergabe zwischen Zellen) nicht erforderlich ist.
8Narrowband IOT NB-IoT-Anwendungsfälle
SMART STREET LIGHTING
Durch den Anschluss von Straßenlaternen an das NB-IoT-Netz können Gemeinden, Autobahnbetreiber oder Verwalter großer
Einkaufszentren die Energieeffizienz erhöhen und die Wartung ihres Beleuchtungsnetzes optimieren. Ein umfassendes
Netzmanagement liefert präzise Echtzeitinformationen zu allen Veränderungen im Stromnetz, reduziert Energieverluste
und bietet fortschrittliche Wartungs- und Optimierungstools. Die IoT-Lösung passt sich der vorhandenen Infrastruktur
der Straßenbeleuchtung an und nutzt verschiedenste Sensoren und Add-ons, die den besonderen Bedürfnissen der
einzelnen Bereiche gerecht werden. inteliLIGHT, eine Lösung des rumänischen Unternehmens Flashnet, stellt zum
Beispiel sicher, dass am richtigen Ort zum richtigen Zeitpunkt die richtige Beleuchtung zur Verfügung steht. Die
Lösung erzielt eine Energieeinsparung von bis zu 35 % und kann bis zu 80 % der Wartungskosten reduzieren.
RAIL ASSET MANAGEMENT
Die Entwicklung von Systemen für das Anlagenmanagement im Schienenverkehr
wird durch den ständig steigenden Bedarf an Daten vorangetrieben. Auf der Grund
lage des NB-IoT-Netzes entwickelte das niederländische Unternehmen Dual Inventive
ein preisgünstiges Überwachungssystem für den Bereich kritische Schienen
temperatur. Damit werden Temperaturdaten erfasst und auf eine Cloud-Plattform
gesendet. Der Schienennetzbetreiber hat über eine mobile Anwendung Zugriff darauf,
erhält Warnungen und kann seine Wartungsprozesse verbessern. Das hilft wiederum
dabei, die Zuverlässigkeit des Schienennetzes zu erhöhen.
SMART WASTE MANAGEMENT
Die meisten Städte führen die Abfallentsorgung sowohl für privaten als
auch gewerblichen Abfall nach einem festen Zeitplan durch. Das Ziel
der intelligenten Abfallentsorgung ist es nun, Müllcontainer erst dann zu
leeren, wenn sie voll sind. Hierzu messen Sensoren ihren Füllstand und
senden diese Daten über NB-IoT an einen Cloud-Server zur Datenanalyse
und Berechnung der effizientesten Route. Durch die Routenoptimierung
können die Logistikkosten der Müllabfuhr und der Kraftstoffverbrauch deutlich verringert
werden. Insbesondere für Geschäftskunden zahlt sich das Modell aus: Sie zahlen auf
Basis der gesammelten Müllmenge und haben zugleich keine überquellenden Müll
container mehr. Das Modell erhöht außerdem das Umweltbewusstsein. EcoMobile aus
Zagreb, Kroatien, ist auf die Entwicklung, Produktion und Implementierung fortschrittlicher
IoT-Lösungen für die innovative Abfallwirtschaft spezialisiert.
AIR QUALITY MONITORING
Luftverschmutzung ist ein allgegenwärtiges und komplexes Problem, das
unsere Umwelt sowie die Bevölkerung der ganzen Welt betrifft. Um Luftver
schmutzung zu erkennen und zu verhindern, die Gesundheit zu erhalten und zum Kampf gegen den
Klimawandel beizutragen, spielt die Überwachung der Luftqualität in Industrieanlagen und im öffentlichen
Raum eine wesentliche Rolle. Sie bildet die Voraussetzung dafür, dass Schadstoffe frühzeitig erkannt und
geeignete Maßnahmen ergriffen werden können. Auf diese Weise erhöht sich die Lebensqualität in
städtischen Gebieten. Unter Verwendung des NB-IoT-Netzes konnte RadGreen, ein israelisches Unter
nehmen, das am Deutsche Telekom NB-IoT Prototyping Hub beteiligt ist, sein System in der griechischen
Stadt Patras erfolgreich umsetzen. Es misst neben der Luftqualität auch Lärm und radioaktive Strahlung.
Die Lösung ist ein perfektes Beispiel für den fortschrittlichen Einsatz von Umweltdaten zur effektiven
Überwachung von Städten und Gebäuden.
9Narrowband IOT Ausblick Ausblick Die kommerzielle Einführung neuer, standardisierter und kostengünstiger Netzkomponenten, Chipsätze und Module integriert. Dies alles wird die NB-IoT-Dienste erfolgt parallel zum NB-IoT-Netzausbau durch die Deutsche NB-IoT-Technologie weiter verbessern. Das für 2018 geplante Release 15 Telekom auf ihren Märkten. Nur ein Jahr nach der Standardisierung von wird dann weitere Neuerungen zur Reduzierung des Batterieverbrauchs NB-IoT im Jahr 2016 werden derzeit erste einsatzbereite NB-IoT-End enthalten. Zur Unterstützung und Förderung der NB-IoT-Technologie, auch geräte entwickelt und getestet. Dies umfasst sowohl die Anpassung im Hinblick auf das internationale Roaming, befindet sich die Deutsche bestehender LPWA-Endgeräte an NB-IoT als auch völlig neue Hardware- Telekom im intensiven Austausch mit Lieferanten und Kunden und arbeitet produkte für innovative Anwendungen und Geschäftsmodelle. mit Gremien wie 3GPP und GSMA zusammen. Im Juni 2017 wurde zudem ein neues Release der 3GPP-Spezifikation Noch weiter in die Zukunft geblickt, kann NB-IoT als Vorläufer und wichtiger (Version 14) veröffentlicht. Neben anderen technischen Verbesserungen Bestandteil der 5G -Technologie bezeichnet werden. Mit ihren virtuellen unterstützt es vor allem Single-Cell-Multicast, die verbesserte Positionierung Kernnetzen, die bereits bei der Deutschen Telekom eingesetzt werden, ist von Geräten sowie die Reduzierung von Latenzen und Stromverbrauch sie bereits heute Realität. Speziell für massive IoT-Anwendungen stellt NB-IoT (Reduzierung der Ausgangsleistung um 14 dBm für eine weitere Senkung eine wichtige technologische Innovation dar, die die Tür für Architekturen der Modulkosten). Die technischen Spezifikationen des Release 14 werden, und Dienste der nächsten Generation des Internets der Dinge öffnet und entsprechend ihren üblichen Entwicklungszyklen, schrittweise in die schon heute einen Vorgeschmack auf die Möglichkeiten von morgen gibt. 10
Narrowband IOT Glossar
Glossar
2G / 3G / 4G / 5G Verschiedene Generationen von ERP Enterprise Resource Planning LTE Long Term Evolution
3GPP-Mobilfunkstandards (Unternehmensressourcenplanung) LTE-M LTE for Machine-Type Communications
3GPP 3rd Generation Partnership Project eSIM Embedded Subscriber Identity Module (LTE Cat-M1, eMTC)
B2B Business-to-Business eUICC Embedded Universal Integrated Circuit M2M Machine-to-Machine
BoM Bill of Materials (Stückliste) Card (SIM) MFF M2M-Formfaktor
CE Coverage Enhancement GCF Global Certification Forum MNO Mobile Network Operator
(Verbesserung der Abdeckung) GSM Global System for Mobile (Mobilfunknetzbetreiber)
CoAP Constrained Application Protocol Communications (2G) MQTT(-SN) Message Queue Telemetry Transport
C-SGN Cellular Serving Gateway Node GSMA GSM Alliance (-Sensor Networks)
(kombiniertes 3GPP-Kernnetzelement, HTTP(S) Hypertext Transfer Protocol (Secure) NB-IoT NarrowBand Internet of Things
speziell für NB-IoT) Intra-RAT Intra Radio Access Technology (LTE Cat-NB1)
dB(m) Dezibel (Milliwatt) IoT Internet of Things (Internet der Dinge) NIDD Non-IP Data Delivery
DoNAS Data over Non-Access Stratum IP / IPv4 / IPv6 Internetprotokoll / Internetprotokoll SIM Subscriber Identity Module
eDRX Extended Discontinuous Reception Version 4 / Internetprotokoll Version 6 TAU Tracking Area Update
eMTC Enhanced Machine-Type IPsec Internet Protocol Security TCP Transmission Control Protocol
Communications LPWA Low Power Wide Area UDP User Data Protocol
11Impressum Deutsche Telekom AG Friedrich-Ebert-Allee 140 53113 Bonn iot.telekom.com
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