Optimale Funktechnologien für das Internet of Things
Ob Smart Home, Gebäudeautomation oder Industrie-IoT: Immer mehr Geräte, Sensoren und Systeme werden drahtlos miteinander vernetzt. Dafür steht heute eine Vielzahl unterschiedlicher Funktechnologien zur Verfügung – von etablierten Standards wie WLAN, Bluetooth oder Mobilfunk bis hin zu spezialisierten Lösungen für besonders energieeffiziente, weitreichende oder robuste Kommunikation.
Welche Funktechnologie sich für eine Anwendung eignet, hängt dabei stark vom jeweiligen Einsatzgebiet und den technischen Anforderungen ab. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über wichtige Funktechnologien, ihre Eigenschaften und typischen Einsatzbereiche und zeigt, welche Kriterien bei der Auswahl einer geeigneten Lösung eine Rolle spielen.
Drahtlose Vernetzung für Smart Home und Industrie-IoT
Lokale Funknetzwerke verbinden Geräte, Sensoren und Aktoren flexibel und ohne aufwendige Verkabelung. Ein Gateway dient dabei häufig als zentrale Schnittstelle zwischen den Funkteilnehmern, dem lokalen Netzwerk und optionalen Cloud- oder Fernzugriffsdiensten.
Die passende Funktechnologie richtet sich nach den Anforderungen der Anwendung – etwa Reichweite, Stromverbrauch, Datenmenge, Reaktionszeit und Sicherheit. Damit lassen sich sowohl intelligente Gebäude und Smart-Home-Systeme als auch vernetzte Maschinen, Anlagen und Sensorik im industriellen IoT zuverlässig realisieren.
Für die lokale Vernetzung stehen folgende Funktechnologien zur Verfügung (Auswahl):
| Funktechnologie | Frequenzen (Europa) | Einige Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Proprietäre Lösungen | Je nach System, häufig 433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz oder 5,8 GHz | Sehr flexibel und gezielt auf Reichweite, Energiebedarf, Kosten, Robustheit oder spezielle Protokollanforderungen, auch Preis, optimierbar, für komplexe Systeme oft mit höherem Entwicklungs- und Pflegeaufwand verbunden, Interoperabilität meist auf das jeweilige System beschränkt | Kundenspezifische Smart-Home-Komponenten, industrielle Sensor-/Aktor-Netze, Spezialanwendungen mit besonderen HF-, Energie- oder Integrationsanforderungen Ein Beispiel ist auch das von IK Elektronik entwickelte Variomesh Protokoll |
| Bluetooth Low Energy | 2,4 GHz | Sehr hohe Marktdurchdringung, breite Modulverfügbarkeit und direkte Anbindung an Smartphones/Tablets, auf geringe Leistungsaufnahme ausgelegt, besonders attraktiv für mobile und batteriebetriebene Geräte | Smart Home, mobile Apps, Sensoren, Beacons, Bedien- und Konfigurationsschnittstellen |
| DECT ULE | 1,9 GHz | Energiearme Funktechnik der klassischen DECT-Familie für Smart-Home- und Gebäudeanwendungen, nutzt ein exklusives Frequenzband und eignet sich besonders für batteriebetriebene Sensoren und Aktoren, vor allem relevant für die Integration in bestehende DECT-ULE-/HAN-FUN-Ökosysteme, nicht direkt kompatibel mit DECT NR+ | Smart Home, Sicherheitstechnik, Alarmierung, Sensorik, Heizungs- und Gebäudeautomation |
| DECT NR+ | 1,9 GHz | Moderne, eigenständige DECT-2020-NR-Funktechnologie für zuverlässige, latenzarme und skalierbare lokale IoT-Netze, unterstützt IPv6-basierte Kommunikation und Mesh-Netzwerke, auf professionelle IoT-Anwendungen ausgelegt, Koexistenz mit DECT ULE ist möglich, eine direkte Funk-Kompatibilität besteht jedoch nicht | Industrie-IoT, Smart Factory, Prozess- und Gebäudeautomation, Smart Energy, lokale Sensornetze und professionelle Infrastruktur |
| EnOcean | 868 MHz, 2,4 GHz | Für sehr geringe Leistungsaufnahme und energieautarke Konzepte optimiert, besonders stark bei batterielosen Sensoren und Schaltern, im Gebäudeumfeld etabliert, ID Vergabe durch EnOcean Alliance erforderlich | Smart Home, Gebäudeautomation, energieautarke Sensorik, Industrietechnik |
| KNX RF | 868 MHz | Funkerweiterung des KNX-Ökosystems für Wohn- und Gebäudetechnik, profitiert von einem herstellerübergreifenden Standard und zertifizierten Geräten | Smart Home, professionelle Gebäudeautomation, Nachrüstung und Erweiterung bestehender KNX-Installationen |
| LoRa, LoRaWAN | 868 MHz, 915 MHz | Hohe Reichweiten und gute Gebäudedurchdringung, sehr niedrige Datenraten, nicht für harte Echtzeitanforderungen gedacht, für lokale Netze mit vielen weit verteilten Knoten interessant | Smart Metering, Gebäudeüberwachung, Industrie-/IoT-Sensorik, Smart Home mit Fokus auf Reichweite |
| MIOTY | 868 MHz | Für robuste Übertragung kleiner Datenmengen über größere Distanzen ausgelegt, attraktiv für massive Sensorik mit hoher Störfestigkeit und geringer Datenlast | Industrietechnik, Telemetrie, großflächige Sensorik |
| NeoMesh | 434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz | Mesh-orientierte Funktechnologie mit automatischem Routing, geeignet für selbstorganisierende lokale Funknetze mit mehreren Knoten und Umleitungen im Netz | Industrietechnik, Gebäude- und Sensornetzwerke, lokale IoT-Mesh-Anwendungen |
| Ultra-wideband (UWB) | 3,5 bis 6,5 GHz | Sehr kurze Reichweiten, hohe Präzision und je nach Auslegung hohe Datenraten, besonders interessant, wenn neben Kommunikation auch exakte Distanz- oder Positionsbestimmung gefordert ist | Industrietechnik, Indoor-Lokalisierung, Asset Tracking, Zugangssysteme |
| Wireless MBus / OMS | 868 MHz | Speziell für Messgeräte / Zähler, Verbrauchsdaten und Submetering ausgelegt, im europäischen Messwesen stark verankert und auf standardisierte Datenübertragung optimiert | Smart Metering, Submetering, Gebäudetechnik |
| WLAN / WiFi | 2,4 GHz, 5 bis 7 GHz | Sehr weit verbreitet, hohe Datenraten und direkte IP-Anbindung, höhere Leistungsaufnahme und damit meist geringere Eignung für langzeitbatteriebetriebene Knoten, gut geeignet, wenn Bandbreite und bestehende Netzwerkinfrastruktur im Vordergrund stehen | Smart Home, Kameras, Bediengeräte, Gateways, industrielle Datenanbindung mit höherem Datendurchsatz |
| Wi-SUN | 868 MHz, regional auch andere Sub-GHz-Bänder | Offener, IPv6-basierter Funkstandard für robuste und großflächige Mesh-Netzwerke, unterstützt viele Teilnehmer, automatisches Routing und hohe Reichweiten bei vergleichsweise niedrigen Datenraten, besonders geeignet für langlebige, sicherheitskritische Infrastruktur- und Sensornetzwerke | Smart Metering, Submetering, intelligente Straßenbeleuchtung, Smart City, Energieverteilung, Gebäude- und Industrie-IoT |
| ZigBee (Connectivity Standards Alliance) | 2,4 GHz | Im Smart-Home-Markt weit verbreitet, basiert auf IEEE 802.15.4 und eignet sich für energiearme, vermaschte Netzwerke mit vielen Geräten, gute Balance aus Interoperabilität, Energieverbrauch und Netzabdeckung im Gebäude | Smart Home, Lichtsteuerung, Sensorik, Gebäude- und Industrietechnik |
| ZWave | 868 MHz | Im Smart Home etabliert, mit guter Gebäudeeignung im Sub-GHz-Bereich, im Vergleich zu offeneren Plattformen stärker an ein begrenzteres Hersteller- und Ökosystemumfeld gebunden | Smart Home, Hausautomation, Sicherheit und Komfortfunktionen |
Direkt in die Cloud – ohne lokales Gateway
Für weit verteilte oder unabhängig arbeitende Geräte bieten IoT-Funknetze eine direkte Verbindung zu Cloud-Plattformen und Backend-Systemen. Die Datenübertragung erfolgt über öffentliche oder private LPWAN- und Mobilfunknetze.
Geeignet sind diese Technologien insbesondere für Anwendungen mit geringer Datenmenge, langer Batterielaufzeit und großer Reichweite – etwa Smart Metering, Zustandsüberwachung, Logistik, Umweltmonitoring oder Smart City. Abhängig von Netz, Anbieter und Datenvolumen können laufende Nutzungsgebühren entstehen.
Die Tabelle zeigt übliche Funktechnologien und Anbieter (Auswahl):
| Funktechnologie | Frequenzen (Europa) | Einige Eigenschaften | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Funkrufnetz | 466 MHz, POCSAG | Nur unidirektional (von Zentrale zum Teilnehmer), in Deutschland flächendeckend verfügbares Netz mit hoher Durchdringung | Alarmierung, Signalisierung, Broadcast, StromPager DX |
| NB-IoT | Lizenzierte Mobilfunk-frequenzen, Nutzung über bestehende Mobilfunknetze | Energieeffiziente Mobilfunktechnologie für kleine, selten übertragene Datenmengen, gute Gebäudedurchdringung und lange Batterielaufzeiten, besonders für stationäre Geräte geeignet | Smart Metering, Submetering, Gebäudeüberwachung, Füllstandsmessung, stationäre Sensorik, Zustandsüberwachung |
| LTE-M / LTE Cat-M | Lizenzierte Mobilfunk-frequenzen, Nutzung über LTE-Mobilfunknetze | IoT-Mobilfunkstandard mit höherer Datenrate und geringerer Latenz als NB-IoT, unterstützt Mobilität, Sprachdienste und häufigere Datenübertragungen, in Europa abhängig von Verfügbarkeit und Ausbau des jeweiligen Netzbetreibers | Mobile Sensorik, Asset Tracking, Wearables, Alarm- und Sicherheitsanwendungen, vernetzte Geräte mit mittlerem Datenaufkommen |
| LoRaWAN | In Europa 868 MHz, öffentliche oder private LoRaWAN-Netze | Sehr energieeffizient für kleine Datenpakete über große Entfernungen, geeignet für batteriebetriebene Geräte mit langen Sendeintervallen, keine Echtzeitkommunikation und nur begrenzte Datenraten, Betrieb über öffentliche Infrastruktur, Betreiber-Netze oder eigene Gateways möglich | Smart Metering, Umweltmonitoring, Landwirtschaft, Smart City, Gebäudetechnik, Füllstands- und Zustandsüberwachung |
| Mobilfunk 4G / LTE | Lizenzierte Mobilfunk-frequenzen, öffentliche Mobilfunknetze | Hohe Datenraten, breit verfügbare Infrastruktur und bewährte Technik, geeignet für Anwendungen mit regelmäßigem oder höherem Datenaufkommen, in der Regel höhere Leistungsaufnahme und höhere laufende Kosten als LPWAN-Technologien | Router und Gateways, Fernwartung, industrielle Steuerungen, Videoüberwachung, Digitalsignale, mobile Anlagen |
| Mobilfunk 5G | Lizenzierte Mobilfunk-frequenzen, öffentliche oder private 5G-Netze | Hohe Datenraten, geringe Latenzen und hohe Netzkapazität, geeignet für anspruchsvolle IoT- und Edge-Anwendungen, sowohl über öffentliche Netze als auch in lokalen privaten 5G-Campusnetzen einsetzbar | Industrie 4.0, mobile Robotik, Maschinen-kommunikation, Bildverarbeitung, autonome Systeme, leistungsfähige Edge-Gateways |
| Satelliten-IoT | Satelliten-Netzwerke, geostationär oder erdnahe Umlaufbahn | IoT-Anbindung auch außerhalb terrestrischer Mobilfunk- und LPWAN-Netze, für kleine Datenmengen und abgelegene Standorte, meist mit höheren laufenden Kosten | Asset Tracking, Landwirtschaft, Energieanlagen, Logistik, maritime Anwendungen, abgelegene Messstellen |
Kriterien zur Auswahl der Funktechnologie
Die eine „beste“ Funktechnologie gibt es nicht – entscheidend ist, welche Lösung am besten zu den Anforderungen der jeweiligen Anwendung passt. Dazu müssen die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zunächst möglichst vollständig erfasst, bewertet und priorisiert werden. Erst auf dieser Grundlage lassen sich geeignete Funktechnologien sinnvoll miteinander vergleichen. Dabei entscheidet in der Regel nicht ein einzelnes Merkmal, sondern das Zusammenspiel vieler Faktoren. Die wichtigsten Kriterien für die Auswahl einer Funktechnologie zeigt die folgende Übersicht.
Von der Funktechnologie zum fertigen Produkt
Die Wahl der passenden Funktechnologie ist der erste wichtige Schritt. Als Spezialist für Funk- und Kommunikationstechnik unterstützt IK Elektronik Sie bei der Auswahl und Bewertung geeigneter Technologien ebenso wie bei der anschließenden Entwicklung und Umsetzung Ihrer Funklösung. Von der ersten Konzeptidee über die Hardware- und Softwareentwicklung bis hin zur Integration und Serienreife begleiten wir Sie auf dem Weg zum fertigen Produkt.
