Den meisten Teams ist klar, dass es mehrere Wege gibt, IoT-Geräte anzubinden. LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, 4G, 5G und sogar Satellit tauchen alle in denselben Anbieterpräsentationen auf. Die Optionen sind kein Geheimnis.
Doch Teams wählen ein Netzwerk oft nach dem Hype aus oder danach, was ein einzelner Anbieter zufällig im Programm hat. Genau da laufen Projekte aus dem Ruder. Die falsche Netzwerkwahl ist teuer und lässt sich nur schwer rückgängig machen, sobald die Sensoren erst einmal im Feld sind. Ein Funkmodul nach der Inbetriebnahme zu tauschen bedeutet Einsätze vor Ort, Neuzertifizierung und in manchen Fällen den doppelten Kauf der Hardware.
Der bessere Ansatz ist also, Netzwerke nach den Faktoren zu vergleichen, die tatsächlich darüber entscheiden, ob ein Projekt funktioniert: Reichweite, Stromverbrauch und Batterielaufzeit, Bandbreite und Größe der Nutzlast, Kosten bei Skalierung, wer die Infrastruktur besitzt, und Latenz. Ordnen Sie diese Faktoren dann Ihrem Anwendungsfall zu, bevor Sie irgendetwas kaufen. Dieser Leitfaden tut genau das und verknüpft am Ende die Netzwerkentscheidung mit der Ebene, die die meisten Teams bis spät vergessen: die Anwendungsplattform, die rohe Datenpakete in etwas verwandelt, mit dem Sie handeln können.
Die Faktoren, die wirklich zählen
Vergessen Sie das Marketing für einen Moment. Wenn man eine Konnektivitätsentscheidung auf das Wesentliche herunterbricht, treiben sechs Dinge sie an.
Reichweite. Wie weit kann ein Gerät vom nächsten Gateway oder Funkmast entfernt sein und trotzdem zuverlässig melden?
Stromverbrauch und Batterielaufzeit. Kann das Gerät jahrelang mit einer Knopfzelle oder einer kleinen Batterie laufen, oder braucht es Netzstrom oder häufiges Aufladen?
Bandbreite und Größe der Nutzlast. Wie viele Daten pro Nachricht, und wie oft? Ein Wert zur Bodenfeuchte sind ein paar Byte. Ein Kamerastream nicht.
Kosten bei Skalierung. Nicht die Kosten für ein Gerät. Die Kosten für tausend oder zehntausend, einschließlich der Konnektivitätsabonnements über die Lebensdauer des Geräts.
Wer die Infrastruktur besitzt. Mieten Sie die Abdeckung von einem Mobilfunkbetreiber, oder bauen und betreiben Sie Ihr eigenes Netzwerk?
Latenz. Wie schnell muss eine Nachricht vom Gerät zu Ihrem System und zurück gelangen? Für die meiste Überwachung reichen Sekunden. Manche Regelkreise brauchen eine Reaktion im Bruchteil einer Sekunde.
Kein einzelnes Netzwerk gewinnt bei allen sechs Punkten. Das ist der ganze Punkt. Sie wägen einen Faktor gegen den anderen ab.
LoRaWAN
LoRaWAN ist ein stromsparendes Protokoll mit hoher Reichweite, das auf lizenzfreiem Spektrum läuft. Es ist für winzige, selten gesendete Nachrichten gebaut.
Die Reichweite ist seine herausragende Stärke. Unter offenen, ländlichen Bedingungen erreichen Sie von einem einzigen Gateway aus mehrere Kilometer, und in dichten städtischen Umgebungen immer noch eine brauchbare Distanz durch Gebäude hindurch. Die Batterielaufzeit ist die andere Stärke. Ein gut konstruierter LoRaWAN-Sensor, der ein paar Werte pro Tag sendet, kann jahrelang mit einer kleinen Batterie laufen.
Der Kompromiss ist die Bandbreite. Die Nutzlasten sind klein, oft nur Dutzende Byte, und Regeln zum Sendezeitanteil begrenzen, wie oft ein Gerät senden darf. LoRaWAN eignet sich nicht für Streaming, für Firmware-Updates over-the-air in großem Maßstab oder für irgendetwas Zeitkritisches.
Der große strukturelle Vorteil ist der Besitz. Sie können ein privates LoRaWAN-Netzwerk mit einem Stack wie The Things Stack oder ChirpStack betreiben, eigene Gateways aufstellen und nach der Hardware nichts pro Nachricht zahlen. Für einen festen Standort mit vielen Geräten verändert das die Kostenrechnung vollständig.
NB-IoT
NB-IoT (Narrowband IoT) ist ein stromsparender Standard auf lizenziertem Spektrum, der von Mobilfunkbetreibern betrieben wird. Er zielt auf dieselben Aufgaben mit wenig Daten und langer Batterielaufzeit ab wie LoRaWAN, aber über das Betreibernetz statt über Ihr eigenes.
Er bewältigt tiefe Abdeckung in Innenräumen und unterirdisch gut, weshalb er bei der Zählererfassung auftaucht: Wasserzähler in Kellern, Gaszähler in Schächten. Die Batterielaufzeit ist gut, im Bereich von Jahren bei seltener Meldung.
Die Kompromisse sind Latenz und Besitz. NB-IoT wurde nicht für schnelle Hin- und Rückläufe entworfen, daher eignet es sich eher für die Meldung als für die Steuerung. Und weil es über ein Betreibernetz läuft, zahlen Sie ein Abonnement pro Gerät und sind von der Abdeckung und den Roaming-Vereinbarungen dieses Betreibers abhängig. Die Abdeckung ist außerdem von Land zu Land und Region zu Region ungleichmäßig, prüfen Sie sie also für jeden Markt, in dem Sie eine Inbetriebnahme planen.
Cellular: LTE-M, 4G und 5G
Cellular ist die breite Familie. Sie teilt sich danach auf, wie viele Daten und wie viel Strom Sie brauchen.
LTE-M liegt nahe an NB-IoT, unterstützt aber mehr Bandbreite, geringere Latenz und Mobilität (Übergabe zwischen Funkmasten), was es gut für Asset-Tracking und Wearables macht. Die Batterielaufzeit ist kürzer als bei NB-IoT, wird bei vielen Designs aber immer noch in Monaten bis Jahren gemessen.
4G LTE ist das Arbeitspferd, wenn Sie echte Bandbreite brauchen: Gateways, die viele Sensoren bündeln, vernetzte Fahrzeuge, Video in mäßiger Qualität. Der Stromverbrauch ist hoch, daher haben diese Geräte meist Netzstrom oder große Batterien.
5G bietet zusätzlich hohe Bandbreite und geringe Latenz, mit dem praktischen Vorbehalt, dass Abdeckung und Modulkosten für viele IoT-Anwendungsfälle noch in der Reifephase sind. Greifen Sie zu 5G, wenn Sie seine Kapazität oder seine Latenz wirklich brauchen, nicht weil es das Neueste ist.
Über alle Mobilfunkvarianten hinweg mieten Sie die Infrastruktur von Betreibern. Das ist bequem, Sie bauen nichts auf, aber Sie tragen über die gesamte Lebensdauer der Flotte Datenkosten pro Gerät.
Satellit, kurz angerissen
Für Standorte ganz ohne terrestrische Abdeckung, Pipelines in entlegenem Gelände, Offshore-Anlagen, Landwirtschaft fernab jeden Funkmasts, ist Satellite IoT inzwischen eine echte Option. Neuere Dienste im erdnahen Orbit unterstützen kleine periodische Nachrichten zu Kosten, die vor ein paar Jahren noch nicht tragfähig waren. Latenz und Kosten pro Nachricht sind höher als bei terrestrischen Netzen, behandeln Sie Satellit also als die Antwort für die Orte, die sonst nichts erreicht, nicht als Standardlösung.
Direkter Vergleich
| Faktor | LoRaWAN | NB-IoT | LTE-M | 4G LTE | 5G | Satellit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Reichweite pro Knoten | Sehr hoch (km) | Hoch, tief in Innenräumen | Hoch | Mobilfunkabdeckung | Mobilfunkabdeckung | Global |
| Batterielaufzeit | Jahre | Jahre | Monate bis Jahre | Kurz (oft netzbetrieben) | Kurz (oft netzbetrieben) | Variiert |
| Nutzlast / Bandbreite | Sehr klein | Klein | Klein bis mittel | Hoch | Sehr hoch | Sehr klein |
| Latenz | Hoch | Hoch | Mittel | Niedrig | Sehr niedrig | Hoch |
| Mobilität | Eingeschränkt | Eingeschränkt | Gut | Gut | Gut | Variiert |
| Eigentümer der Infrastruktur | Sie (privat) oder öffentlich | Betreiber | Betreiber | Betreiber | Betreiber | Satellitenbetreiber |
| Kostenmodell | Hardware, dann nahezu null pro Nachricht | Abonnement pro Gerät | Abonnement pro Gerät | Datentarif | Datentarif | Pro Nachricht, höher |
| Am besten für | Dichte stromsparende Sensorik | Statische Zählererfassung | Tracking, Wearables | Gateways, Video | Hoher Durchsatz, niedrige Latenz | Entlegene Standorte |
Nutzen Sie das als ersten Filter, nicht als endgültige Antwort. Abdeckung und Preise schwanken je nach Land und Betreiber, bestätigen Sie also beides für Ihre konkreten Märkte.
Ein Entscheidungsrahmen nach Anwendungsfall
Statt beim Netzwerk anzufangen, fangen Sie bei der Aufgabe an.
Viele feste, stromsparende Sensoren an einem Standort oder Campus. Landwirtschaftliche Felder, eine Fabrik, ein Gebäude. Wenn Sie den Standort kontrollieren und Gebühren pro Gerät vermeiden wollen, ist ein privates LoRaWAN-Netzwerk mit The Things Stack oder ChirpStack meist die stärkste Option. Sie besitzen die Abdeckung, und die Kosten pro Nachricht sinken auf nahezu null.
Statische Zähler über eine ganze Stadt verteilt. Wasser, Gas, Strom. Sie kontrollieren die Standorte nicht und brauchen tiefe Reichweite in Innenräumen. NB-IoT über einen Betreiber ist genau dafür gebaut.
Dinge, die sich bewegen und häufig melden. Flottenverfolgung, Logistik, Wearables. Sie brauchen Mobilität und vernünftige Latenz, daher passt LTE-M gut, mit 4G als Steigerung, wenn die Nutzlasten wachsen.
Gateways, Video oder Echtzeitsteuerung. Alles Bandbreitenintensive oder Zeitkritische braucht 4G oder 5G. Versuchen Sie nicht, das in ein stromsparendes Netzwerk zu zwingen.
Standorte ohne Abdeckung. Wenn es keinen Funkmast und keine praktische Möglichkeit zur Anbindung gibt, ist Satellit die ehrliche Antwort.
Wo jedes Netzwerk die falsche Wahl ist
Das ist der Teil, den Anbieter überspringen, hier also unverblümt.
Wenn Sie Latenz im Bruchteil einer Sekunde brauchen oder Video und andere bandbreitenintensive Daten bewegen, ist LoRaWAN die falsche Wahl. Es kann diese Last nicht tragen, und die Regeln zum Sendezeitanteil arbeiten gegen Sie. Nutzen Sie stattdessen Mobilfunk, LTE-M für leichtere Echtzeitaufgaben und 4G oder 5G, wenn Sie die Bandbreite brauchen.
Andersherum: Wenn Sie einen dichten privaten Campus mit vielen winzigen, stromsparenden Geräten betreiben und das Netzwerk besitzen wollen, statt für immer einem Betreiber pro Gerät zu zahlen, ist öffentlicher Mobilfunk die falsche Wahl. Ein privates LoRaWAN-Netzwerk auf The Things Stack oder ChirpStack schlägt ihn meist bei den Gesamtkosten und gibt Ihnen die Kontrolle über die Abdeckung.
Sich bei einer dieser beiden Fragen für die falsche Seite zu entscheiden, ist der Fehler, dessen Korrektur am meisten kostet.
Das Netzwerk ist nur die halbe Miete
Hier ist der Teil, der zu spät entschieden wird. Welches Netzwerk Sie auch wählen, der Funk bewegt nur Byte. Er speichert Ihre Daten nicht, zeigt sie niemandem an, alarmiert niemanden, wenn ein Wert aus dem Rahmen läuft, und löst keine Aktion aus. Diese Aufgaben liegen auf der Anwendungsebene.
Genau da kommt TagoIO ins Spiel. TagoIO sitzt oberhalb der Konnektivitätsebene. Sobald Sie Ihr Netzwerk gewählt haben, nimmt TagoIO die Daten von LoRaWAN-, NB-IoT- oder Mobilfunkgeräten auf, speichert sie, visualisiert sie in Dashboards und lässt Sie darauf aufbauend Alarme und automatisierte Aktionen erstellen. Sie können Netzwerke darunter ändern oder mischen, ohne Ihre Anwendung neu zu bauen, was wichtig ist, weil die meisten echten Flotten am Ende mehr als ein Netzwerk mischen.
Wenn Sie eine private LoRaWAN-Inbetriebnahme betreiben, verbindet sich TagoIO mit Ihrem Network Server und holt die Daten von dort. Wenn Sie bei einem Betreiber sind, fließen die Daten über dessen Konnektivität ein. So oder so bleibt die Plattform dieselbe.
Um zu sehen, wie die Aufnahmeseite funktioniert, ist die Dokumentation zu Geräten und Dateneingang unter https://docs.tago.io der richtige Ausgangspunkt, und Sie können eine Inbetriebnahme anhand der Tarife unter https://tago.io/pricing bemessen.
Die Kurzfassung
Es gibt kein bestes IoT-Netzwerk, nur das richtige für eine bestimmte Aufgabe. Entscheiden Sie nach Reichweite, Stromverbrauch, Nutzlast, Kosten bei Skalierung, Besitz und Latenz, in der Reihenfolge dessen, was für Ihr Projekt am wichtigsten ist. Nutzen Sie LoRaWAN für dichte, stromsparende Sensorik, die Sie besitzen wollen, NB-IoT für statische Zählererfassung, LTE-M und Mobilfunk für Mobilität und Bandbreite, und Satellit für die Orte, die sonst nichts erreicht. Setzen Sie dann eine Plattform obendrauf, damit die mühsam gesammelten Daten tatsächlich zu Entscheidungen werden.
Treffen Sie die Netzwerkwahl richtig, bevor die Sensoren versendet werden. Es ist die eine Entscheidung, die sich wirklich schwer zurücknehmen lässt.
