Der Mobilfunker O2 bietet bereits einen Wasserzähler an, der über Narrowband-IoT funkt (Bild: O2)

Narrowband-IoT: Wie Mobilfunker deinen Gaszähler ablesen – ganz ohne Smart Home

Smarte Geräte außerhalb der eigenen vier Wände benötigen eine eigene Funkverbindung. Narrowband-IoT vernetzt deshalb das Internet der Dinge über eine neue, genügsame Mobilfunktechnik. Die reicht dafür aber auch bis in den Keller, wo oft nicht einmal das eigene WLAN hinkommt.

Das Internet of Things wurde von Menschen erdacht, die nicht gerne vom Sofa aufstehen – zum Beispiel um am Fenster selbst nach dem Wetter zu schauen. Im Smart Home reicht ein Blick auf das Smartphone. Auch der Gaslieferant möchte niemanden vorbeischicken, um den Zähler abzulesen. In Zukunft lässt er sich die Daten per Narrowband-IoT (NB-IoT) schicken. Diese Mobilfunk-Variante vernetzt das Internet der Dinge und zwar über das Smart Home hinaus.

Funkt besser durch Mauern als GSM

Ganz so einfach ist es aber nicht, wenn der Gaszähler beispielsweise im Keller hängt. Dort herrscht meistens Funkstille – über Mobilfunk wie auch über WLAN. Narrowband-IoT wurde deshalb so gestaltet, dass die Funkverbindung auch im Keller steht. Häufiger als jetzt zumindest. Die Signalstärke soll um 20 dB höher ausfallen als beim ohnehin schon robusten GSM-Standard. Damit decken die Funkwellen nicht nur ein größeres Gebiet ab, sie kommen auch leichter durch dicke Wände – und somit auch in euren Keller.

Dieser Mülleimer meldet sich per Narrowband-IoT von Vodafone, wenn er geleert werden kann (Bild: Vodafone)

Dieser Mülleimer meldet sich per Narrowband-IoT von Vodafone, wenn er geleert werden kann (Bild: Vodafone)

Das Ablesen von Zählerständen aus der Ferne, ist nur eine Aufgabe, die Narrowband-IoT übernehmen soll. Es können auch Container geortet, smarte Parkplätze bewirtschaftet und Straßenlampen intelligent geschaltet werden. Die Müllabfuhr könnte nur noch die Häuser anfahren, deren Mülleimer tatsächlich voll sind.

Landwirte würden die Möglichkeit erhalten, Sensoren im Stall und auf dem Feld jederzeit abzufragen, aber auch Ventile zu öffnen und Durchflussmengen zu steuern. Was sonst halt auf zwei Beinen sowie mit Augen und Händen erledigt wird. Ein NB-IoT-Modul kann auch einen GSM-Tracker ersetzen, um im Verlustfall Hund oder Fahrrad wiederzufinden.

Für Haushalte ohne Internetanschluss

In den eigenen vier Wänden kommt Narrowband-IoT deshalb zum Einsatz, da nicht davon ausgegangen werden kann, dass jeder Haushalt jemals über einen eigenen Internetanschluss verfügen wird. Allerdings frage ich mich, ob Narrowband-IoT tatsächlich bis in jeden Keller reicht. Hausbesuche bzw. Zählerstandsmeldungen per Postkarte wird es also weiterhin geben.

Ein elektronischer Stromzähler benötigt keine Funkanbindung. Er hat bereits eine Leitung. Hier der Zähler eines Telekom-Projekts in Friedrichshafen (Bild: Telekom)

Ein elektronischer Stromzähler benötigt keine Funkanbindung. Er hat bereits eine Leitung. Hier der Zähler eines Telekom-Projekts in Friedrichshafen (Bild: Telekom)

Über die Technik selbst müsst ihr euch keine Gedanken machen. Sie wird von den Unternehmen geliefert, die den Zugriff auf die Daten haben wollen, also zusammen mit Gaszähler oder Mülltonne. Ihr könnt euch also wie bisher der Optimierung eures WLANs zuwenden.

Die Anforderungen an eine Funkvernetzung im Internet der Dinge sind in etwa die gleichen wie an einen Funkstandard im Smart Home:

  • geringer Energieverbrauch
  • Ausfallsicherheit/Fehlertoleranz
  • Sicherheit

Ausfallsicherheit statt Schnelligkeit

Um das zu gewährleisten, wurde Narrowband-IoT vom Standardisierungsgremium 3GPP entwickelt – unter dem Namen LTE-Cat-NB1. Wie GSM nutzt Narrowband-Iot eine Bandbreite von 180 kHz, so dass NB-IoT überall dort genutzt werden kann, wo GSM an Bedeutung verliert.

Alternativ kann auch der 200 kHz große Bereich zwischen Up- und Downlink eines LTE-Kanals genutzt werden. Es werden also keine neuen Mobilfunk-Resourcen benötigt, sondern bestehende Frequenzenbereiche um 800 und 900 MHz genutzt, also ein geschütztes Spektrum.

Narrowband-Iot lässt sich im bestehenden GSM- und wie auch im LTE-Netz betreiben (Bild: Ericsson)

Narrowband-Iot lässt sich im bestehenden GSM- und wie auch im LTE-Netz betreiben (Bild: Ericsson)

Diese Eigenschaften ermöglichen nicht nur eine hohe Reichweite und ein tiefes Eindringen in Gebäude. Über eine Funkzelle können auch gleich mehrere 10.000 IoT-Geräte angebunden werden. Daten mit hohen Geschwindigkeiten zu übertragen, ist dabei jedoch nicht das Ziel.

Dies soll in erster Linie ausfallsicher geschehen – auch wenn das Signal nur schwach empfangen wird. Möglich wird dies durch eine Begrenzung der Leistung: Narrowband-IoT schafft beim Upload wie beim Download nur bis zu 250 Kbit/s. Zum Vergleich: Smartphones erhalten Daten über LTE oft mit bis zu 300 Mbit/s. Es gibt aber auch schon erste Gigabit-Smartphones.

Viele Jahre ohne Batteriewechsel

Narrowband-IoT kommt auch mit wenig Energie aus. Dafür werden die Daten oft nur nur einmal stündlich oder sogar nur täglich übertragen. Im Power Saving Mode können Geräte bis zu 310 Stunden im Tiefschlaf verbringen. Das zahlt sich aus, denn einige Anwendungen sollen mit einer einzigen Knopfzelle auf eine Betriebsdauer von mehreren Jahren kommen. Der Wartungsaufwand bleibt also gering.

Funkstandards im Smart Home (Teil 2): Z-Wave, ZigBee und (viel zu viele) andere

Vodafone hat den Ausbau seines Narrowband-IoT-Netzes im Dezember 2017 gestartet. Bis April 2018 sollen folgende 13 deutsche Städte ausgebaut sein: Düsseldorf, Berlin, Essen, Karlsruhe, Nürnberg, Hamburg, München, Bremen, Frankfurt, Dortmund, Köln, Stuttgart und Bonn.

Die Deutsche Telekom hat schon Anfang 2017 mit dem Ausbau begonnen und bald darauf das erste Angebot gestartet. Sie will ihr NB-IoT-Netz bis Ende 2018 flächendeckend in ganz Deutschland errichtet haben. O2 unterhält ebenfalls seit Anfang 2017 einen Testbetrieb.

Beitragsbild: O2

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