Digitalisierung, Industrie 4.o, IoT – das Internet der Dinge – alles Keywords, die allgegenwärtig erscheinen. Die Möglichkeiten dieser technischen Revolution sind nahezu unbegrenzt – so der Grundtenor der Branchen. Dabei fungiert das IoT als eine Art Turbo-Antrieb für industrielle Neuerungen. Laut dem amerikanischen Marktforschungsunternehmen ABI Research werden bis zum Jahr 2021 an die 8 Milliarden Systeme im IoT miteinander vernetzt sein. Beeindruckende Zahlen, doch es scheint, als ob das IoT noch immer nicht in der Praxis von Industrie 4.0 angekommen ist. Kürzel wie IIoT, IoE oder HIot tauchen in Meldungen auf und preisen die unendlichen Möglichkeiten der neuen Technologien, doch oft bleibt ein praktikables ‚wie‘, in Bezug auf die Umsetzbarkeit, auf der Strecke. Wie kann man unterschiedlichste ‚Dinge‘ zuverlässig miteinander verbinden und kommunizieren lassen, dabei Sicherheitsaspekte nicht vernachlässigen, kostenorientiert und energiesparend sein? Das sind zentrale Fragen rund um das IoT. Eine Antwort darauf gibt es vielleicht schon – Low-Power-Funk. Bestechend dann, wenn verschiedene Low-Power Technologien miteinander kombiniert werden, wie beispielsweise die noch etwas unterschätze Funktechnologie LoRa mit der gängigen Bluetooth Low Energy Technologie.
LoRaWAN und LoRa
Wer von LoRa spricht, meint damit zugleich LoRaWAN – das Low-power-wireless-Netzwerkprotokoll, das für die Kommunikation im IoT entwickelt wurde. LoRa scheint der Tausendsassa im Internet der Dinge zu sein; offeriert es doch eine verlässliche Kommunikation bei Reichweiten von bis zu 15km – und all das im unlizenzierten Frequenzband von 868MHz. Das LoRaWAN ist ein Protokoll auf Grundlage der Modulationstechnik CSS (Chirp Spread Spectrum) das die enorme Reichweite von LoRa ermöglicht. Ein weiteres Plus für die LoRa-Technologie ist ihre hohe Skalierbarkeit – nahezu unbegrenzt ist die Anzahl der Endgeräte die eingebunden werden können. Kleines Manko: die Anwendungen dürfen nicht nach hohen Datenraten verlangen; handelt es sich jedoch um kurze Statusmeldungen, Steuerbefehle, GPS Standortdaten und aktualisierte Sensordaten ist LoRa ganz weit vorn. Aber alles was über 50kbps geht, ist zu viel. Aber weniger ist ja bekanntlich oft mehr! Nicht nur die enorme Reichweite und die Skalierbarkeit macht LoRa attraktiv, sondern auch ein sehr niedriger Energiebedarf, eine hohe Durchdringung in Gebäuden (auch unterirdisch kann LoRa eingesetzt werden!) und es unterstützt eine bidirektionale Kommunikation. Klingt bereits nach ‚der‘ Lösung schlechthin…allerdings ist LoRa nicht dazu gedacht Dauersignale zu senden, sondern eher für den Intervallversand von kleinen Datenpaketen. Doch letztendlich ist es nicht das Dauersignal, das relevant für IoT Anwendungen ist – da geht es meist um Suchen & Finden und Ereignis-gestütztes Melden. ‚Asset Tracking‘ ist eins der großen Themen im IoT, z.B. eine vernetzte Supply Chain, die sicher und zuverlässig funktioniert. Mit LoRa allein wäre eine solche vernetzte Lieferkette nur schwer abbildbar, doch in Kombination mit einer anderen ähnlich ambitionierten Funktechnologie, die sich bereits in der Kurzstreckenkommunikation etabliert hat, wird eine runde Sache daraus. Die Rede ist von Bluetooth Low Energy.
Bluetooth Low Energy
Bluetooth Low Energy (BLE) ist die Niedrigenergie Variante des Funkstandards Bluetooth und wird auch Bluetooth Smart genannt. Bluetooth Smart wurde explizit für das IoT angedacht und entwickelt. Der äußerst niedrige Stromverbrauch und kürzere Latenzzeiten machen BLE fit für Industrieanwendungen. Durch Beacons – kleine Sender, die als Signalgeber platziert sind – ist BLE besonders für die Indoor-Ortung populär geworden, eine einfache Parametrierung und die Zugriffsmöglichkeiten durch BLE fähige Endgeräte und Apps sprechen für sich. Der Datendurchsatz bei BLE von 100kBit/s ist nicht besonders schnell, aber verdoppelt die Kapazität von LoRa. Doch für Sensoren, die nur kleine Datenmengen produzieren, reicht die Geschwindigkeit. Ein weiteres Plus ist die Datensicherheit mit AES-128-Verschlüsselung.
Hybrides Device für das IoT
Typische Einsatzszenarien im IoT sind z.B. das Monitoring von Industrieanlagen, die Übertragung von Sensordaten, das Erfassen von Füllständen, die Überwachung von Transportvorgängen oder Asset Tracking Anwendungen jeglicher Couleur, um nur einige zu nennen. In der Regel geht es darum, kleine Datenpakete in anpassbaren Intervallen zu übermitteln – sicher, zuverlässig, energiesparend und kostenoptimiert, um einen Mehrwert für das Unternehmen, das Produkt zu generieren. Durch die Kombination von Low-Power-Funktechnologien, wie LoRa und BLE in einem Device, können all diese Punkte positiv abgearbeitet werden. Beide Technologien arbeiten zuverlässig und sicher, verbrauchen wenig Strom und decken unterschiedlichste Reichweiten ab. Warum dann eine Kombination? Wenn es z.B. um Standortlokalisation geht – sprich um Geolocation wird in der Regel recht viel Strom verbraucht und eine Lokalisation via GPS in Gebäuden ist nahezu unmöglich. Da kann der Einsatz von BLE Abhilfe schaffen. Die Kombination beider Technologien ermöglicht ein intelligentes umschalten zwischen beiden Standards – je nach Anwendung. Bei Outdoor Ortung wird auf die Übertragung der GPS Daten via LoRa gesetzt und bei Indoor Lokalisation kommen BLE und Beacons zum Einsatz. Der Wechsel zwischen den Technologien erfolgt automatisch, sobald via Beacon-Signal BLE angesprochen wird. Dadurch wird immer nur die energiesparendste Technologie angewendet. Durch die Integration von diverser Sensorik kann ein Hybrid-Tag an unterschiedliche Einsatzszenarien angepasst werden. Über Lokalisation hinaus, ist es auch möglich Umweltsensoren wie Licht, Temperatur, Feuchte etc. zu integrieren.
