Was ist IoT-Konnektivität: Ein Leitfaden für den Vergleich

Konnektivität ist eine wesentliche Komponente des Internets der Dinge. IoT-Geräte benötigen Netzwerke zur Kommunikation mit Gateways, Anwendungen, Servern, Routern und anderen IoT-Geräten. Diese Kommunikation – das Übertragen und Empfangen von Daten – ermöglicht es IoT-Geräten, die Funktionen auszuführen, für die sie entwickelt wurden. 

IoT-Hersteller haben eine breite Palette an Optionen, wenn es um Konnektivität geht – aber sie sind nicht alle gleich. Einige Konnektivitätslösungen wurden nicht für das Internet der Dinge entwickelt und haben nur begrenzte Anwendungsfälle. Andere sind speziell für bestimmte Arten von IoT-Anwendungen und -Szenarien konzipiert. 

Wenn Sie eine IoT-Anwendung entwickeln, kann die Anzahl an Optionen, die zur Verfügung stehen, überwältigend sein. Für jeden Anwendungsfall gibt es aber in der Regel eine ideale Konnektivitätslösung, die sich am besten für Ihre Anforderungen eignet. 

In diesem Leitfaden untersuchen wir die Faktoren, die Sie bei der Bewertung von Lösungen für IoT-Konnektivität berücksichtigen sollten. Zudem geben wir Ihnen einen Überblick über die beliebtesten Optionen. 

Wie Sie IoT-Konnektivitätslösungen vergleichen

Abdeckung: Ist der Netzwerktyp dort verfügbar, wo Sie Ihre Geräte einsetzen wollen? 

Bandbreite: Kann die Konnektivitätslösung das Volumen und die Arten der Übertragungen bewältigen, die Ihre Geräte benötigen?

Stromverbrauch: Wie viel Strom verbrauchen Ihre Geräte beim Senden und Empfangen von Daten? 

Kosten: Müssen Sie Ihre eigene Infrastruktur aufbauen und warten? Welche Komponenten werden Sie benötigen? Wie viel wird der Datenverbrauch kosten? 

Datendurchsatz: Wird der Netzwerktyp die von Ihnen benötigten Leistungskapazitäten unterstützen? 

Mobilität: Erlaubt diese Konnektivität den Betrieb Ihrer Geräte auch während sie sich bewegen? Mit welcher Geschwindigkeit? 

Latenzzeit: Wie groß ist die Verzögerung zwischen Datenübertragungen mit dieser Technologie? 

Innenraumdurchdringung: Wie gut funktioniert das Signal in Gebäuden oder unter der Erde? 

Sicherheit: Erhöht oder verringert das Netz Ihren Schutz vor Fehlbedienung und unberechtigten Zugriffen? 

Redundanz: Welche Art von Backups können Sie einrichten, wenn Sie diese Verbindungsart verwenden? 

Bei der Suche nach der richtigen Lösung für Ihre IoT-Anwendung gilt es eine Menge zu berücksichtigen, aber in der Regel sind folgende drei Hauptfaktoren entscheidend: Abdeckung, Bandbreite und Stromverbrauch. Je nach Ihrem Gerät, der Umgebung, in der Sie es einsetzen möchten, und den benötigten Funktionen können andere Faktoren wichtiger werden. 

In den folgenden Abschnitten stellen wir Ihnen die zehn wichtigsten Faktoren vor, die Sie bei einem Vergleich von Lösungen berücksichtigen sollten. Sie können auch direkt zu unserem Kurzvergleich einiger der wichtigsten Lösungen für IoT-Konnektivität springen.

Abdeckung

Einer der wichtigsten Faktoren bei der Auswahl einer Konnektivitätslösung ist die Abdeckung: Funktioniert die Lösung dort, wo Ihre Geräte eingesetzt werden sollen?

Oft wird auf die Reichweite verwiesen, doch im IoT geht es weniger um die Frage, wie weit Geräte von der Infrastruktur entfernt sein können. Es ist vielmehr entscheidend, ob Sie überall dort ein Signal empfangen können, wo Sie Ihre Geräte einsetzen möchten. Dazu gehört auch die Fähigkeit des Signals, Gebäude zu durchdringen oder an isolierten Orten zu funktionieren. 

Bei einigen Netzwerktypen ist die Infrastruktur bereits vorhanden und Sie müssen sich lediglich mit dem Netz verbinden. Die Abdeckung ist bereits in einer ganzen Stadt, einer Region, einem Land oder einem Kontinent verfügbar. Bei anderen Technologien müssen Sie die Netzinfrastruktur selbst einrichten, was bedeutet, dass die Infrastruktur Teil der Kosten bei jeder Implementierung ist. 

Einige Lösungen für IoT-Konnektivität können auf eine Vielzahl an Technologien zurückgreifen, um ihre Abdeckung zu erweitern. Im mobilen IoT ist es zum Beispiel üblich, 3G- oder sogar 2G-Netze als Ausweichtechnologie in Gebieten ohne LTE-M-, NB-IoT- oder Cat-M1-Abdeckung zu nutzen. Wi-Fi-basierte IoT-Geräte wie Hausalarmsysteme können auch eine Mobilfunkverbindung als Backup zum Schutz vor Stromausfällen nutzen.

Bandbreite 

Die Bandbreite entspricht der maximalen Kapazität des Netzwerks für die Übertragung von Daten. Die Bandbreite wird vom gesamten Netzwerk genutzt und wirkt sich sowohl auf die Menge der Nachrichten aus, die Ihre Geräte senden können, als auch auf die Größe der Datenpakete, die sie enthalten. 

Wenn Ihre Geräte viele Daten empfangen oder senden müssen, sollten Sie eine Lösung mit größerer Bandbreite wählen. Wenn Sie eine IoT-Konnektivitätslösung mit einer zu geringen Bandbreite wählen, ist das so, als würden Sie versuchen, einen Elefanten in einen Smart zu stecken. 

Bei einigen Lösungen müssen Ihre IoT-Geräte die Bandbreite mit anderen Kunden, der Öffentlichkeit oder anderen Geräten Ihrer Kunden teilen. In diesem Fall können Sie sich die Bandbreite wie die Kapazitäten in einem Linienbus vorstellen: Es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Sitzplätzen und manche Leute nehmen mit Fahrrädern, Haustieren, Gepäck und langen Beinen mehr Platz ein. Personen steigen zu unterschiedlichen Zeiten in den Bus ein und aus und machen so Platz für andere frei oder beanspruchen mehr Platz. Wenn die Kapazität des Busses erreicht oder überschritten wird, ist es unmöglich, Platz zu schaffen, ohne mit anderen zusammenzustoßen und deren Platz zu beeinträchtigen.

Wenn Ihre IoT-Anwendung keine große Bandbreite benötigt, fällt dieser Faktor weniger ins Gewicht.

Stromverbrauch 

IoT-Geräte sind oft batteriebetrieben und nicht wiederaufladbar. Die Batterie muss für den gesamten Lebenszyklus des Geräts reichen. Aus diesem Grund sollte Ihre Konnektivitätslösung nicht zu viel Strom verbrauchen. Technologien wie Wi-Fi, die nicht für das IoT, sondern für andere Applikationen entwickelt wurden, verbrauchen oft viel mehr Strom. Einige spezialisierte Lösungen wie NB-IoT und LTE-M verfügen über Energiesparfunktionen, um die Akkulaufzeit von IoT-Geräten zu verlängern. 

In gewisser Hinsicht hängt der Stromverbrauch eines Netzwerks auch von Ihrem Anwendungsfall ab. Komplexere Netzwerke mit höherem Datendurchsatz verbrauchen beispielsweise vergleichsweise mehr Strom, wenn Ihr Gerät nicht in Gebrauch ist. Wenn Ihr Gerät jedoch Daten senden oder empfangen muss, verbrauchen komplexere Netzwerke weniger Strom, da sie die Daten schneller übertragen und die Übertragung somit weniger Zeit in Anspruch nimmt. In einem Netzwerk mit geringem Durchsatz kann ein datenintensiver Prozess wie ein Remote-Firmware-Update den Akku Ihrer Geräte stark belasten.  

Kosten

Bei Lösungen für IoT-Konnektivität sind mehrere Kostenfaktoren zu berücksichtigen. 

Wenn ein Netz bereits vorhanden ist und Sie sich nur noch damit verbinden müssen (z. B. ein Mobilfunknetz), fallen keine Kosten für den Kauf und Aufbau einer Netzinfrastruktur an. Bei jeder Netzwerktechnologie müssen Sie jedoch die für den Anschluss benötigte Ausrüstung bewerten – unabhängig davon, ob es sich dabei um eine einmalige Anschaffung handelt (z. B. ein Modem), um eine Technologie, die für jedes Gerät benötigt wird (z. B. eine SIM-Karte) oder um Equipment, das Sie für jeden Standort neu kaufen müssen (z. B. Gateways, Server oder Router). 

Die Bereitstellung einer eigenen Konnektivitätsinfrastruktur verursacht zusätzliche Kosten für die laufende Wartung und den Betrieb, weshalb Sie in entsprechendes Personal investieren müssen. Kompliziertere Netzwerke können auch Ihre Entwicklungskosten erhöhen, da Ihre Geräte mit den Protokollen und Technologien der Konnektivitätslösung kompatibel sein müssen. 

Natürlich müssen Sie auch die laufenden Kosten für den Datenverbrauch berücksichtigen. Wenn Sie einen Konnektivitätsanbieter wie z. B. einen Mobilfunknetzbetreiber (MNO) nutzen, kann dieser vertraglich Datenlimits oder Gebühren für zusätzliche Datennutzung bestimmen. emnify setzt auf ein Pay-as-you-go-Modell, das auf Datenpooling zurückgreift, sodass Sie immer nur für die Daten zahlen, die Sie nutzen. 

Einige Service-Provider, die Zugang zu ihrer Infrastruktur verkaufen, können außerdem Roaming-Vereinbarungen nutzen, um ihre Netzabdeckung zu erweitern. Gegen einen höheren Preis erhalten Sie in diesem Fall Zugang zur Infrastruktur eines Partners. Abhängig vom Umfang Ihrer Implementierungen und den Ländern, in denen Sie tätig werden wollen, sollten Sie diese höheren Datengebühren bei der Bewertung berücksichtigen.

Datendurchsatz 

Die Bandbreite steht für die Kapazität eines Netzes. Der Datendurchsatz gibt an, mit welcher Geschwindigkeit Daten übertragen werden können. Je geringer der Datendurchsatz eines Netzwerks ist, desto länger dauert es, Daten zu empfangen und zu übertragen (und desto mehr Akkuleistung verbraucht die Übermittlung). 

Viele IoT-Applikationen benötigen keinen hohen Datendurchsatz. Wenn Ihr Gerät jedoch Prozesse wie Videostreaming oder die Übertragung von Echtzeitdaten ausführt, ist Geschwindigkeit unabdingbar. Der Datendurchsatz ist außerdem von Bedeutung, wenn Sie Firmware-Updates aus der Ferne bereitstellen möchten, um die Sicherheit Ihres Geräts zu gewährleisten, Fehler zu beheben oder neue Funktionen hinzuzufügen. 

Die Möglichkeit, Firmware-Updates Over-the-Air (OTA) zu liefern, macht Ihre Geräte zukunftssicher – aber ohne hohen Datendurchsatz können IoT-Hersteller diese nicht an batteriebetriebene Geräte senden.

Mobilität 

Einige IoT-Geräte wie Unterhaltungssysteme im Auto, selbstfahrende Autos oder Ortungsgeräte müssen Daten empfangen und übertragen, während sie sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Wenn Ihre Anwendung ein mobiles Element enthält, sollten Sie nach Lösungen für IoT-Konnektivität suchen, die diese Art der Datenübertragung bewältigen können.

Latenzzeit 

Die Latenzzeit ist die Verzögerung zwischen dem Sendezeitpunkt und dem Empfangszeitpunkt der Daten. Bei den meisten IoT-Anwendungen ist dies nicht kritisch. Bei selbstfahrenden Autos ist die Latenzzeit jedoch zum Beispiel eine lebenswichtige Komponente. Wenn Ihre Daten zeitkritisch sind und jede Sekunde (oder Millisekunde) zählt, sollten Sie die inhärente Latenz der verschiedenen Netzwerktechnologien berücksichtigen. 

Eine hohe Latenz kann dazu führen, dass Anwendungen Zeitüberschreitungen haben, wodurch die Daten entweder verloren gehen oder die Geräte die Daten erneut übertragen müssen. Beides führt zu einer schlechten Nutzererfahrung und kann Sie Zeit, Geld und sogar Kunden kosten. 

Innenraumdurchdringung 

Einige Signale sind stärker als andere. Bei Geräten, die typischerweise unter der Erde oder in dichten Gebäuden eingesetzt werden, müssen Sie prüfen, wie gut das Signal diese Hindernisse durchdringt. Im Allgemeinen haben Signale mit niedrigeren Frequenzen eine bessere Innenraumdurchdringung. 

Sie sollten auch den maximalen Kopplungsverlust (MCL) des Signals berücksichtigen. Dieser gibt an, wie viele Interferenzen das Signal theoretisch kompensieren kann. Je höher der MCL-Wert ist, desto größer ist die Innenraumdurchdringung.

Sicherheit

Die Konnektivität macht IoT-Geräte so nützlich, aber sie ist ein zweischneidiges Schwert. Ihre Verbindungen untereinander und mit anderen Netzwerkkomponenten können erhebliche Schwachstellen schaffen – die IoT-Sicherheit ist ständigen Bedrohungen ausgesetzt. Seit Jahren entdecken Hacker neue Möglichkeiten, IoT-Geräte auszunutzen, um wertvolle Daten zu stehlen oder sie in "Botnets" einzubinden. 

Einige Netzwerktypen verfügen nur über begrenzte Sicherheitsfunktionen, sodass Ihre Geräte selbst dafür sorgen müssen, dass Datenübertragungen nicht kompromittiert werden können. 

IoT-Sicherheit ist wichtiger für Applikationen, die sensible Daten senden oder empfangen. Sie müssen jedoch auch in Betracht ziehen, dass eines Ihrer Geräte als Gateway zu anderen Geräten in einem Netzwerk verwendet werden könnte. Ein IoT-Gerät im Wi-Fi Ihres Kunden könnte beispielsweise einem Hacker Zugang zu Computern, Servern und anderen Instanzen im selben Netzwerk gewähren. Wie beim Stuxnet-Angriff könnte auch ein angreifbarer Kunden-PC Ihr IoT-Gerät beeinträchtigen. IoT-Geräte innerhalb ihres eigenen Netzwerks zu isolieren, virtuelle private Netzwerke (VPNs) zu verwenden und die IoT-Konnektivität auf Kernfunktionen zu beschränken, sind entscheidende Sicherheitsmaßnahmen. 

Mit Firmware-Updates schließen Sie die Lücken in Ihrer IoT-Sicherheit, aber nicht alle Netzwerktechnologien ermöglichen es Ihnen, sie zu übertragen, da die Bandbreite begrenzt ist. Wenn Sie sich Sorgen um die Sicherheit Ihrer Geräte machen, sollten Sie daher auf eine Konnektivitätslösung setzen, mit der Sie Ihre Geräte OTA aktualisieren können, um Fehler zu beheben und Sicherheitslücken zu schließen. 

Redundanz 

Sie können es sich nicht leisten, die Konnektivität zu verlieren – und Ihre Kunden auch nicht. Netzwerkausfälle können Tausende von Dollar pro Minute kosten. Je nach Applikation können sie sogar Menschenleben kosten oder zu komplizierten Rechtsstreitigkeiten führen. 

Aus diesem Grund ist Netzwerkredundanz so wichtig: Sie stellt sicher, dass Sie immer ein Backup-Konnektivitätssystem zur Verfügung haben. Auch wenn es viele Möglichkeiten gibt, Redundanz in eine Lösung einzubauen, gehören folgende Aspekte fast immer dazu: 

• Software-Redundanz (Microservices)
• Geografische Redundanz (mehrere Verfügbarkeitszonen)
• Betreiber-Redundanz (Abdeckung durch mehrere Dienstanbieter) 

Letztendlich ist Redundanz wichtig, weil sie dazu beiträgt, die garantierte Betriebszeit zu erhöhen. Wie auch immer die Absicherung funktioniert: Sie wollen sicher sein, dass Sie eine Konnektivitätslösung wählen, die nicht ausfällt, wenn Sie sie brauchen.

Lösungen für IoT-Konnektivität 

Jede Konnektivitätslösung hat Vor- und Nachteile für das Internet der Dinge. Welcher Netzwerktyp der richtige ist, hängt letztlich von Ihrer Anwendung ab. Im Folgenden nehmen wir die wichtigsten Konnektivitätstypen, die IoT-Hersteller verwenden, unter die Lupe und heben ihre allgemeinen Stärken und Schwächen hervor. Für jeden Typ bewerten wir dabei, wie gut er die oben genannten Faktoren erfüllt. 

Doch zunächst ein kurzer Vergleich.

Wir haben die Tabelle farblich gekennzeichnet, um die Stärken und Schwächen der einzelnen Technologien hervorzuheben. 

• Die Leerlaufleistung gibt an, wie viel Strom (in mA) die Lösung benötigt, wenn sie nicht sendet oder empfängt.
• Die Rx/Tx-Leistung gibt an, wie viel Strom (in mA) ein Gerät verbraucht, während es Daten empfängt oder sendet, angegeben in Milliampere.
• Der Energiesparmodus-Wert verdeutlicht, wie viel Strom (in μA) das Gerät verbraucht, wenn es Funktionen verwendet, die den Stromverbrauch reduzieren.
• Der Eintrag zur Stromversorgung gibt an, wie groß die normalerweise benötigte Batterie ist (Angabe in V). 

IoT-Konnektivität: Vergleichstabelle

Mobilfunk

Abdeckung: Weltweit 

Datendurchsatz: 

• Downlink: 107 Kbit/s (GPRS) bis 130 Mbit/s (LTE)
• Uplink: 85,6 Kbit/s (GPRS) bis 30 Mbit/s (LTE) 

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: ~1,5 mA (GSM) bis ~38 mA (LTE)
• Rx/Tx: ~110 mA (NB-IoT/LTE-M) bis 2 A (LTE)
• Energiesparmodus: ~3 μA (NB-IoT und LTE-M) bis ~3 mA (LTE)
• Stromversorgung: 2,75 V (NB-IoT) bis 4,2 V (GSM)
• Modulkosten: 7–45 €, je nach Netzwerktyp 

Mobilfunknetze sind die beliebteste Option für IoT-Konnektivität. Mobilfunknetze sind bereits überall auf der Welt verfügbar – Ihre Geräte benötigen lediglich SIM-Karten, um sich mit ihnen zu verbinden. Diese Netze sind außerdem für die Verarbeitung immenser Datenmengen konzipiert. 

Das zellulare IoT ist zwar einfach zu implementieren, erfordert aber einige zusätzliche Überlegungen. Es gibt verschiedene Generationen von Mobilfunknetztechnologien (2G, 3G, 4G, 5G) und spezielle Netze für das IoT (LTE-M, Cat-M1, NB-IoT), von denen jedes seine eigene Infrastruktur hat. Die Art des Mobilfunknetzes, für das Sie sich entscheiden, hat einen großen Einfluss auf die Abdeckung, die Kosten, die Bandbreite und den Stromverbrauch. 2G und 3G sind die gebräuchlichsten Mobilfunklösungen für das IoT und werden oft als Backup-Services verwendet, aber auch LTE-M und NB-IoT kommen immer häufiger zum Einsatz. In den kommenden Jahren wird es mehr IoT-Anwendungen für 5G geben, aber aktuell ist es am besten für extrem datenintensive Prozesse geeignet, die auf eine geringe Latenzzeit angewiesen sind. 

Auch Hersteller müssen ihren Netzbetreiber berücksichtigen, denn jeder Netzbetreiber hat seine eigene Infrastruktur. Und selbst wenn sie ihren Kunden über Roaming-Vereinbarungen den Zugang zu Partnernetzen in anderen Ländern ermöglichen, ist dies für IoT-Hersteller nicht ideal. 

Anstelle von traditionellen Mobilfunkanbietern nutzen Hersteller oft netzunabhängige Konnektivitätsanbieter wie emnify. Während ein traditioneller Netzbetreiber Ihnen Zugang zu einer Handvoll Mobilfunknetzen in einigen wenigen Ländern bietet, haben Sie bei uns Zugang zu mehr als 540 Netzen in über 180 Ländern. Wir haben unsere eigene Kommunikationsplattform für das Internet der Dinge entwickelt, um die Mobilfunktechnologie auf einzigartige Weise zu unterstützen. 

Wi-Fi

Abdeckung: ~100 bis 400 m 

Datendurchsatz: Bis zu 1,3 Gbit/s, je nach WLAN-Standard 

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: ~30 bis 100 mA
• Rx/Tx: ~130 bis 250 mA
• Energiesparmodus: ~1,5 mA
• Stromversorgung: ~3 bis 5 V
• Modulkosten: 5–10 € 

Wi-Fi ist für IoT-Verbrauchergeräte relativ weit verbreitet, da Nutzer ihre Geräte einfach mit dem Netzwerk verbinden können, das sie bereits zu Hause nutzen. Das ist zwar praktisch, aber es gibt mehrere große Probleme bei der Verwendung von Wi-Fi für IoT.

Zum einen ist das Gerät dadurch anfällig für Hackerangriffe von einem anderen Gerät im Netzwerk. Zum anderen wird das IoT-Gerät zu einem Einstiegspunkt in das Netzwerk. Man muss nicht lange nachforschen, um Horrorgeschichten über gehackte Babyphone und andere Geräte zu finden, die auf WiFi-Verbindungen angewiesen sind.

Wi-Fi eignet sich gut, um einem kleinen Bereich wie z. B. einem Gebäude Konnektivität zu gewähren. Die Technologie hat jedoch Schwierigkeiten, dichte Materialien zu durchdringen, deckt nur eine begrenzte Reichweite ab und ist extrem anfällig für Störsignale. Da alle Wi-Fi-Netzwerke dieselben Frequenzbänder (2,4 GHz und 5 GHz) nutzen, können sich verschiedene Netzwerke gegenseitig stören, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe befinden.

Eine permanente Wi-Fi-Verbindung verbraucht außerdem sehr viel Akkuleistung. Das ist kein großes Problem für Geräte wie eine Smartwatch, die man regelmäßig aufladen kann. Wesentlich problematischer ist es für IoT-Geräte mit Batterien, die jahrelang halten müssen. 

Bluetooth

Abdeckung: ~200 m (Bluetooth) bis 700 m (BLE) 

Datendurchsatz: 350 Kbit/s (Bluetooth) bis 3 Mbit/s (BLE) 

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: 35 mA (BLE) bis 100 mA (Bluetooth)
• Rx/Tx: 2,7 mA (BLE) bis 150 mA (Bluetooth)
• Energiesparmodus: 1 μA (BLE) bis 9 μA (Bluetooth)
• Stromversorgung: 1,7 V (BLE) bis 3,6 V (Bluetooth)
• Modulkosten: 7–10 € 

Bluetooth ist eine weitere beliebte Lösung für IoT-Verbrauchergeräte. Es ist extrem einfach einzurichten, hat aber auch eine sehr geringe Reichweite. Bluetooth kann jedoch eine „Mesh“-Netzwerk-Topologie verwenden, um seine Reichweite zu erhöhen. Bei diesem Modell erweitert jedes angeschlossene Bluetooth-Gerät die Reichweite des Mesh-Netzwerks. Anstelle einer festen Abdeckung, die auf einem zentralen Knoten basiert, ist jedes angeschlossene Gerät ein separater Knoten, der den Bluetooth-Service innerhalb eines bestimmten Bereichs bereitstellt. 

Bluetooth-Geräte stellen Eltern-Kind-Beziehungen her, um sich untereinander und mit anderen Geräten (wie z. B. einem Computer oder Smartphone) zu verbinden. Ein einzelnes Gerät kann Beziehungen zu mehreren anderen Geräten haben, wodurch das Mesh-Netz entsteht. 

Da es schwache Signale verwendet, kann Bluetooth in stark frequentierten Umgebungen mit minimalen Interferenzen kommunizieren, was es für einige industrielle IoT-Anwendungen interessant macht. Solange eine Applikation keine datenintensiven Prozesse beinhaltet und nicht viel Bandbreite benötigt, eignen sich die neuesten Versionen von Bluetooth – insbesondere Bluetooth Low Energy (BLE) – gut für IoT. 

Bluetooth ist in einzigartiger Weise anfällig für eine Cyber-Bedrohung, die als „Bluesnarfing“ bekannt ist. Hierbei verbindet sich jemand ohne Ihr Wissen mit Ihrem Bluetooth-Gerät. Fortgeschrittenere Bluetooth-Technologien erschweren dies erheblich, aber die einfachste Form von Bluetooth ermöglicht es jedem in einem kleinen Radius, eine Verbindung zum Gerät herzustellen. Dies kann besonders in Mietshäusern und an öffentlichen Plätzen problematisch sein – insbesondere bei Verbrauchergeräten, die häufig Sicherheit gegen Komfort eintauschen. 

Zigbee

Abdeckung: 90 m (in Gebäuden) bis 300 m (Sichtverbindung) 

Datendurchsatz: RF 250 Kbit/s, seriell bis zu 1 Mbit/s 

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: 15 bis 20 mA
• Rx/Tx: 40 bis 135 mA
• Energiesparmodus: 2 μA
• Stromversorgung: 2,1 bis 3,6 V
• Modulkosten: 10–15 € 

Zigbee ist eine weitere Konnektivitätslösung, die auf einer Mesh-Netz-Topologie beruht. Während Bluetooth-Meshes einfach aus Geräten mit aktiviertem Bluetooth bestehen, hat ein Zigbee-Mesh-Netzwerk folgende drei Hauptkomponenten: 

1. Ein Zigbee Coordinator (ZC) ist der Ausgangspunkt für das Netzwerk. Es gibt nur einen ZC pro Zigbee-Netzwerk. Er kann sich mit anderen Netzwerken verbinden und wichtige Netzwerkinformationen wie Sicherheitsschlüssel speichern.
2. Ein Zigbee Router oder Repeater (ZR) übermittelt Nachrichten zwischen Endgeräten und einer Anwendung.
3. Zigbee End Devices (ZEDs) sind Ihre eigentlichen IoT-Geräte, von denen jedes die Reichweite des Netzwerks erweitern kann. Hierfür muss es sich lediglich mit dem ZC oder einem anderen ZED verbinden, das bereits über eine aktive Verbindung zum ZC verfügt. 

Zigbee ist eine Open-Source-Lösung mit einer größeren Reichweite als Bluetooth. Es eignet sich gut für Umgebungen, in denen noch keine Netzwerkinfrastruktur vorhanden ist und wird häufig für Smart Homes und intelligente Fabriken mit geringem Bandbreitenbedarf ausgewählt. 

LoRaWAN

Abdeckung: 15 km (Sichtverbindung) 

Datendurchsatz: 0,24 bis 37,5 Kbit/s 

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: Keine Angabe
• Rx/Tx: ~5 bis 15 mA / ~120 mA
• Energiesparmodus: 1,8 μA
• Stromversorgung: 2,4 bis 3,6 V
• Modulkosten: 8–12 € 

LoRaWAN steht für „Long Range Wide Area Network“. Es ist eine Variante des Low Power Wide Area Network (LPWAN), die speziell für das Internet der Dinge entwickelt wurde. Auch wenn es überall auf der Welt LoRaWAN-Anbieter gibt, muss ein IoT-Hersteller in den meisten Fällen seine eigene LoRaWAN-Infrastruktur einrichten, anstatt sich an eine bestehende anzuschließen. 

Die Hauptvorteile von LoRaWAN sind die Tatsache, dass es unlizenzierte Frequenzbänder nutzt (d. h. Sie zahlen nicht für Daten, wenn Sie die Infrastruktur besitzen), dass es aufgrund seiner schmalen Frequenzbänder unter einem GHz eine gute Abdeckung und Innenraumdurchdringung bietet und dass es sehr wenig Strom verbraucht. 

Die Nachteile sind, dass LoRaWAN typischerweise die Installation einer neuen Infrastruktur erfordert, dass es keine Roaming-Vereinbarungen zwischen Anbietern gibt (Sie benötigen also neue Verträge oder eine neue Infrastruktur, wenn Sie außerhalb des Netzes eines Anbieters tätig sind) und dass es nur sehr begrenzte Messaging-Funktionen hat.

Ethernet

Die Angabe von Energie- und Kosteneigenschaften für Ethernet ist schwierig, da für Ethernet unterschiedliche Spezifikationen für 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s und 10 Gbit/s gelten, für die jeweils unterschiedliche Anschlüsse erforderlich sind. Abhängig davon, ob der Host eine Stromsparfunktion implementiert oder nicht, kann Ethernet auch zur Stromversorgung eines Geräts verwendet werden (dies ist als Power over Ethernet oder PoE bekannt). 

Mit Ethernet müssen sich IoT-Hersteller keine Gedanken über den Datendurchsatz machen – es kann alles verarbeiten, was Ihre Geräte jetzt und in Zukunft übertragen oder empfangen müssen. Allerdings gibt es einige Probleme mit Ethernet als Lösung für IoT-Konnektivität. 

Für die Nutzung von Ethernet muss jedes Gerät eine direkte, kabelgebundene Verbindung zum Netz haben. Mobilität ist folglich keine wirkliche Option. Die Verkabelung stellt auch eine Herausforderung dar, wenn es um die Frage geht, wer für die Aufrechterhaltung der Konnektivität verantwortlich ist (der Hersteller oder der Kunde) und wie sie bereitgestellt werden soll. Bei Neubauten wird Ethernet in der Regel von Anfang an in Betracht gezogen, aber es kann teuer sein, es nachträglich hinzuzufügen oder mehr Anschlüsse zu installieren, um mehr Geräte zu integrieren. 

Es ist auch wichtig zu überlegen, wer Zugang zum Netzwerk hat, da es eine physische Verbindung gibt, die manipuliert werden könnte, und das Ethernet-Protokoll Übertragungen nicht verschlüsselt.

M-Bus (Meter-Bus) und Wireless-M-Bus

Abdeckung: 1000 m 

Datendurchsatz: 300 bis 9600 Bit/s (M-Bus), 4,8 bis 100 Kbit/s (Wireless M-Bus)  

Stromverbrauch: 

• Leerlauf: ~2 mA
• Rx/Tx: 10 bis 20 mA / 30 mA
• Energiesparmodus: ~1 µA
• Stromversorgung: 2,3 bis 3,6 V 

 M-Bus und Wireless-M-Bus sind spezielle europäische Standards für die Kommunikation mit intelligenten Messgeräten. Diese Protokolle nutzen niedrige Frequenzen und haben eine gute Innenraumdurchdringung. Die Infrastruktur wird in der Regel in Neubauten integriert. 

Bei Wireless-M-Bus kann es zu Interoperabilitätsproblemen kommen, da es sich um eine Open-Source-Lösung handelt und es derzeit keinen Zertifizierungsstandard für Anbieter und Hersteller gibt, die das Protokoll verwenden. Sie wissen also nicht zwangsläufig, wie kompatibel ein Gerät, Gateway oder Netzwerk mit den verschiedenen Wireless-M-Bus-Lösungen ist. Dies ist besonders problematisch, wenn Sie in mehreren Ländern tätig sind. 

Smart Meter verwenden Gateways, um Daten bei der Verwendung von M-Bus und Wireless-M-Bus in die Cloud zu übertragen.

Powerline Communication (PLC)

Abdeckung: 1 km (via Kabel) 

Datendurchsatz: 4 bis 575 Kbit/s 

Stromverbrauch: 100 bis 240 mA 

Stromversorgung: 24 V 

Modulkosten: 35–90 €

Powerline Communication ist eine weitere kabelgebundene Lösung und zweifellos eine der außergewöhnlichsten Lösungen für IoT-Konnektivität. Wenn am Einsatzort bereits Stromleitungen vorhanden sind, müssen Sie keine neue Infrastruktur aufbauen: Sie verbinden sich einfach mit den vorhandenen Stromleitungen. Für einige Anwendungen ist das durchaus praktikabel – das Problem mit PLC ist aber, dass Stromleitungen nicht für die Datenübertragung gebaut wurden und vorrangig auch nicht für diesen Zweck verwendet werden. 

Über Stromleitungen fließt permanent elektrischer Strom zu betriebenen Geräten (zu denen auch Ihre IoT-Geräte gehören könnten), was die Datenübertragung stören kann. Aus diesem Grund gilt PLC als eine einfache, aber unzuverlässige Lösung.

Erfahren Sie mehr über die IoT-Konnektivitätslösung von emnify

Es gibt einen Grund, warum Mobilfunkkonnektivität für das Internet der Dinge so beliebt ist. Sie ist einfach zu handhaben, bietet eine starke Abdeckung (in Gebäuden, im Freien und mobil), hat einen hohen Datendurchsatz und eine ausgezeichnete Bandbreite. Zudem bietet sie eine Reihe von spezialisierten Lösungen für verschiedene Anwendungsfälle. 

Die IoT-Konnektivitätsplattform von emnify nutzt die Vorteile von Mobilfunkkonnektivität in vollem Umfang und ermöglicht es Ihren Geräten, sich mit mehr als 540 Netzen in über 180 Ländern zu verbinden. Unsere Cloud-native Lösung beinhaltet eine eingebaute Redundanz, um eine garantierte Netzwerkverfügbarkeit von 99,99 % zu gewährleisten. Außerdem können Sie unsere Konnektivitätsdaten in alle Tools integrieren, die Sie tagtäglich verwenden.