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Das Besondere an LPWA – Low Power Wide Area

Das Besondere An LPWA – Low Power Wide Area

Wir haben mit Prof. Dr. Axel Sikora von der Hochschule Offenburg, Moderator des LPWA-Kongresses vom 13. bis 14. November 2017 in Frankfurt, ein Interview über die Besonderheiten von Low Power Wide Area geführt. Dabei geht der wissenschaftliche Direktor des Instituts für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik auch auf die Konkurrenz der Technologie ein und zeigt zudem auf, wo der Einsatz von LPWA sinnvoll ist und wo nicht.

Prof. Dr.-Ing. Axel Sikora leitet das Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (ivESK) der Hochschule Offenburg, das Kommunikationslösungen für eingebettete Systeme konzeptioniert, implementiert und verifiziert, unter anderem für LoRaWAN, SIGFOX und NB-IoT. Ebenfalls leitet er den Bereich „Software Solutions“ von Hahn-Schickard in Villingen-Schwenningen, einem der Institute der Innovationsallianz Baden-Württemberg.

Prof. Sikora

Prof. Dr. Axel Sikora

Was ist das Besondere an LPWA-Netzwerken?

Zunächst einmal sind die bereits heute verfügbaren Lösungen für die so genannten Low Power Wide Area-Netzwerke (LPWAN) aus technischer Sicht faszinierend. Empfängerempfindlichkeit von -120 bis -130 dB erlauben Reichweiten von vielen Kilometer, auch wenn die Ausgangsleistung nur im Milliwattbereich liegt. Und das Ganze mit miniaturisierten monolithisch integrierten ICs zu Kosten von einigen wenigen Euros.

Darüber hinaus weisen die LPWA-Netzwerke meist eine sehr viele geringere Komplexität auf. Die Netzwerkadministration ist viel einfacher als bei den herkömmlichen zellularen Mobilfunktechnologien.

 

Wie funktionieren LPWA-Transceiver?

Es sind im Wesentlichen zwei Herangehensweisen, die diese hohen Empfängerempfindlichkeiten ermöglichen. Zum einen sind praktisch alle Systeme schmalbandig, was – bei der Verwendung von guten Filtern – die Rauschleistung verringert. Zum zweiten sind die Nettodatenraten niedrig, so dass viel Energie pro Bit aufintegriert werden kann. Unter Umständen kommen dann auch noch moderne Codieralgorithmen zum Einsatz, die dann zusätzlich auch noch einen Prozessgewinn ermöglichen und das so genannte Link Budget weiter vergrößern.

Warum sind LPWA-Netzwerke so wichtig für das Internet der Dinge?

LPWA ermöglicht völlig neue Anwendungen, weil es so kostengünstig und so energieeffizient ist. Und da sehen wir ja seit Jahren, dass diese beiden Eigenschaften wesentliche Voraussetzungen sind, um Geräte und Anwendungen mit Connectivity auszustatten, um schneller, einfacher und günstiger an immer mehr Informationen zu gelangen. Bei den Kosten sind sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten sehr viel versprechend.

Wo sehen Sie denn die Anwendungsbereiche von LPWA-Netzwerken?

Anwendungsgebiete gibt es für LPWA-Netzwerke überall dort, wo kostengünstige Geräte, Systeme oder Anlagen schmalbandig, das heißt mit niedrigen Datenraten auch über größere Entfernungen verbunden werden sollen. Das können beispielsweise Sensoren aller Art sein. Räumlich verteilte Umweltsensoren für Luft- oder Wasserqualität können vernetzt werden, aber auch Mülltonnen, Windräder, Linienbusse, Pizzataxis, Fahrräder, kurzum alles.

Haben LPWA-Netzwerke auch Konkurrenz?

Unter dem Eindruck des überaus schnellen Markterfolgs der LPWA-Technologien haben auch die Aktivisten der zellularen Mobilkommunikationstechnologien die Attraktivität dieses Marktes wahrgenommen. Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) als relevantes Standardisierungsgremium für die zellulare Mobilkommunikation hat mit der so genannten Release 13 im vergangenen Jahr bereits einen ersten schmalbandigen IoT-Standard als Erweiterung der vierten LTE-Generation in Rekordzeit verabschiedet, für den nun auch schon Transceiver zur Verfügung stehen und weltweit bereits eine beachtliche Netzabdeckung erreicht wurde. Verschiedene weitere Ansätze sind für die 4G- und die 5G-Technologien in Vorbereitung.

Systementwickler sollten sich sehr genau überlegen, welche Technologien für Ihre Anwendung geeignet sind. Es gibt hier zahlreiche Entscheidungskriterien, die zu einer sehr rationalen Auswahl führen können.

Haben LPWA-Netzwerke auch Nachteile?

Ich sehe vor allem drei Bereiche, in denen die jetzigen LPWA-Netzwerke Risiken mit sich bringen.

Sie werden meist in lizenzfreien Frequenzbändern betrieben – in Europa insbesondere in 868 MHz-Band – und unterliegen damit der Koexistenzproblematik, die es schwer macht, Dienstgüten zu erreichen und die auch die Energieeffizienz beeinträchtigen kann.

Die Netzwerkverwaltung ist meist nur für statische Anwendungen geeignet. Ein Roaming für dynamische Knoten wird oft nur rudimentär unterstützt.

Auf Grund der einfachen Netzwerkverwaltung weisen auch die Sicherheitsmechanismen eine eher geringe Komplexität auf, so dass auch einfache Angriffe Wirkung zeigen können.

Wie sehen Sie die Zukunft von LPWA-Netzwerken?

LPWA-Technologien haben bereits in wenigen Jahren eine beeindruckend starke Marktposition erreicht. Diese Entwicklung wird noch auf Jahre andauern, auch wenn immer mehr Technologien auf den Markt drängen. Ich bin da sehr enthusiastisch, dass wir eine „enabling technology“ im besten Sinne des Wortes haben.

Die Technologien im Vergleich: LoRaWAN™ ++ Sigfox ++ NB-IoT ++ MIOTY™ ++ LTE-M1

Verschaffen Sie sich auf unserem neutralen LPWA-Kongress einen Gesamtüberblick und entscheiden Sie selbst, welche der Schmalband-Technologie Ihre spezifischen Anforderungen am besten erfüllt.

Marina Vogt

Bei Management Circle bin ich für die Digitalisierungs- und Immobilien-Themen sowie die Assistenz-Veranstaltungen zuständig. In den drei Blogs informiere ich Sie über neue Entwicklungen in diesen Bereichen. Vor meiner Tätigkeit bei Management Circle habe ich Germanistik in Frankfurt und Paderborn studiert. Ich freue mich über Fragen, Anregungen und einen
regen Wissensaustausch!

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