Neue Möglichkeiten für die Fernkommunikation

LTE gestaltet die Wireless-Landschaft um. Durch die Verbreitung mobiler Endgeräte und Anwendungen ist LTE im Privatkundenmarkt weiterhin das bevorzugte Netzwerk. Laut dem letzten Bericht der \’Global Mobile Suppliers Association\‘ werden Ende 2015 weltweit etwa 450 gewerbliche LTE-Netzwerke in Betrieb sein. Diverse zusammenströmende Trends haben die Industrie ermuntert, LTE für M2M-Anwendungen einzusetzen: die sukzessive Außerbetriebsetzung bestehender Alt-Netzwerke, die Kostenvorteile der LTE-Technologie und die steigende Nachfrage nach reichhaltigen Medieninhalten sowie Echtzeit-Überwachung. Worin liegen die Vorteile von LTE und warum sollten Netzwerk-Profis diese nutzen, um M2M-Anwendungen umzuwandeln?

Das Ende von 2G und 3G

Wie jede Einführung einer neuen, wirkungsvollen Technologie bedeutet der Vormarsch von LTE den schrittweisen Untergang von 2G und 3G. Getrieben aus dem Privatkundenbereich haben wichtige Mobilfunkbetreiber bereits damit begonnen, von bestehenden 2G- und 3G-Netzwerken zu migrieren. Diese Migration ermöglicht ihnen, das Spektrum für effizientere LTE-Datenübertragung umzunutzen und mit der steigenden Nachfrage Mobilfunk-Breitband-Datendiensten Schritt zu halten. 2002 verkündete AT&T bereits, dass sie ihre 2G-Dienste spätestens 2017 einstellen würden. Ebenso steckt Verizon bereits mitten im Prozess, ihre 3G-Netzwerke einzustellen, und die LTE-Dienste auszuweiten. Viele Mobilfunkbetreiber sehen das Potenzial für verbesserte Dienste und größeren Profit und haben daher schon damit begonnen, bestehende Netze stillzulegen, um Platz für LTE zu schaffen. Sie erwarten ebenfalls von der Industrie, dass diese ihre M2M-Anwendungen schrittweise zu LTE-Netzwerken migriert. Während manche M2M-Anwendungen sich bis zum Ende dieses Jahrzehnts weiterhin auf 2G- und 3G-Technologien stützen werden, sollten Administratoren und Netzwerk-Profis das nahende Ende von 2G bereits in ihre Langzeit-Planung mit aufnehmen, damit ihre Geräte auch in den kommenden Jahren mit einer größtmöglichen Flexibilität im Feld arbeiten können.

Vier Vorteile

• Da die Industrieautomation verstärkt konvergente Netzwerke fordert, die Steuerungsdaten mit Voice- und HD-Video-Streaming verbinden, wird die Bandbreite wohl zur wichtigsten Anforderung an nahtlose Kommunikation werden. Mit einer derzeitigen Download-Geschwindigkeit von bis zu 100 Mbpsund Upload-Geschwindigkeiten von 50 Mbps lassen sich mit LTE M2M-Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf realisieren.
• Verglichen mit 2G und 3G bietet LTE eine zehnfach niedrigere Latenz. Dies ermöglicht eine Form der Echtzeit-Anbindung und -Steuerung, die so bisher noch nicht möglich war.
• Da immer mehr industrielle Anwendungen zu IP-Netzwerken migriert werden, könnte die Mobilfunk-Kommunikation mit IP-basierter Konnektivität essenziell für die Zukunft von Automatisierungsnetzwerken werden. Im Gegensatz zu früheren Generationen zellularer Technologien hat LTE eine komplette IP-Netzwerkinfrastruktur, die weniger Netzwerkknoten für die Datenübertragung nutzt. Das macht es für Mobilfunkbetreiber günstiger und einfacher, LTE-Netzwerke zu installieren und betreiben.
• Mit der Verbreitung von LTE und dem Bestreben der Betreiber, das Spektrum für profitablere LTE-Dienste zu erweitern, lässt sich die Lebensdauer bestehender Netzwerke schwer vorhersagen. Hinzu kommt, dass der Abbau bestehender Netzwerke die Qualität der 2G- und 3G-Dienste zunehmend beeinflussen wird.

Drei Überlegungen

Die Industrie nutzt M2M-Kommunikation zur dezentralen Überwachung von Quellen, sowohl um Gas oder Energien zu messen, als auch Feldgeräte wie Ölquellen oder unbemannte Umspannstationen zu überwachen. Im Bergbau, Transportwesen sowie der Öl- und Gasbranche erfordern viele großflächige Wireless-Anwendungen in rauen Umgebungen den Einsatz von robusten Industriegeräten. Unternehmen sollten bei der Wahl einer LTE-Lösung drei Themen bedenken: extreme Temperaturen, Isolierung gegen elektromagnetische und Radiofrequenzstörungen sowie zuverlässige Mobilfunk-Konnektivität. Mobilfunkgeräte im Außenbereich sind oft extremen Temperaturen ausgesetzt. Hohe Temperaturen bergen das Risiko für Geräteausfälle aufgrund von Überhitzung, während Temperaturen unter minus 30°C dazu führen können, dass die Geräte nicht mehr starten. Im Betrieb nimmt die intern erzeugte Wärme der Geräte noch weiteren Einfluss auf deren Lebensdauer. Für diese Anforderungen sollten industrielle LTE-Lösungen ausgelegt sein.

Anfällig für Interferenzen

Mobilfunkgeräte in Industrieanwendungen sind anfällig für elektromagnetische Störungen, die etwa von statischer Entladung, nicht geerdeten Mobilgeräten, Spannungsspitzen oder Überspannung und Leistungseinbrüchen verursacht werden. Solche Störungen können Signalverzerrungen, Datenverlust und Geräteschäden auslösen, die zur Unterbrechung der Netzwerkkommunikation und des industriellen Betriebs führen können. Wie beeinflussen solche elektromagnetsichen Interferenzen ein Mobilfunkgerät? Im Allgemeinen wird die Systemerdung eines Mobilfunkgerätes so konzipiert, dass sie der regulären Erdung gleicht. Gibt es eine unerwartete Veränderung der Spannung, können schädliche elektrische Interferenzen durch die Antenne oder den Spannungseingang in das Mobilfunkgerät eindringen, dadurch die Empfindlichkeit der Antenne herabsetzen und interne elektronische Komponenten schädigen.

Verbindung zur Basis

Auf Software-Ebene kann ein Mobilfunkgerät folgende Funktionen nutzen, um die Verbindung zu einer Basisstation zu prüfen:

• ISP-Vorabcheck: ein Mobilfunkgerät sendet zuerst ein Testpaket an die Basisstation und wartet auf eine Antwort, bevor es eine Funkverbindung aufbaut. In Situationen, in denen das Funkmodem im Funkgerät nicht empfangsbereit ist, sendet das Funkgerät weiterhin in regelmäßigen Abständen Testpakete bis die Übertragung zustande kommt.
• Überprüfung des Übertragungsniveaus: Um die Möglichkeit eines nicht empfangsbereiten Funkmoduls auszuschließen, kann ein Funkgerät die Überprüfung des Übertragungsniveaus nutzen. Diese setzt das Funkmodul zurück, bevor die Verbindung mit der Basisstation stattfindet. Da in diesem Fall keine Testpakete gesendet werden, verringert die Überprüfung des Übertragungsniveaus effektiv die Zeit für die Verbindungsprüfung und die Kosten für die Sendezeiten. Um auch über die Basisstation hinaus eine zuverlässige Verbindung sicher zu stellen, nutzen die meisten Mobilfunkgeräte die folgenden üblichen Softwarefunktionen:
• DNS Lookup: Ein Mobilfunkgerät sendet eine DNS Lookup-Anfrage, um die IP-Adresse des beabsichtigten Empfängers zu erhalten.
• Remote Host Check: Ein Mobilfunkgerät kontaktiert einen bekannten dezentralen Host, um die Verbindung zum Internet sicherzustellen. Jedoch kostet jede Verbindungsprüfung Sendezeit. In betriebskritischen Anwendungen, die zuverlässige Verbindungen erfordern, können Unternehmen diese Zusatzkosten entweder mit LTE-Lösungen tragen, die solche Software-Funktionen einsetzen, oder kosteneffizientere Alternativen suchen.

Die richtige Wahl

Unternehmen sollten der Tatsache mit Blick auf die Zukunft Rechnung tragen, dass die Tage von 2G- und 3G-Netzwerken für M2M-Anwendungen gezählt sein dürften, und dass LTE bald eine zentrale Rolle spielen wird. Um aus der Leistung und Langlebigkeit von LTE Kapital zu schlagen, gilt es für Netzwerk-Profis verschiedene Faktoren berücksichtigen. Durch die Wahl der passenden LTE-Lösung können Unternehmen von der Geschwindigkeit und Leistung in vielen Anwendungsfällen deutlich profitieren.