Die Anfänge der proprietären M2M-Systeme mit großer Reichweite

Drahtlose Sensornetzwerke (WSN) basieren auf dem Konzept winziger Geräte mit einer Reihe von Sensoren und einem Funkgerät, um die Ergebnisse an einen dedizierten Server oder das Internet zu senden. Diese Funkinfrastruktur wurde typischerweise unter Berücksichtigung des Stands der Technik bei Funksendeempfängern mit geringem Stromverbrauch, relativ hohem Durchsatz (bis zu Mbit/s) und kurzer Reichweite (maximal 100 Meter) entwickelt. Die Lösung, die fast alle gefunden haben, ist der Aufbau eines Mesh-Netzwerks aus Geräten mit einer mittleren bis geringen Reichweite zwischen den Knoten des Mesh. Bei diesen Entwürfen werden Daten von einem Gerät zum anderen gesendet, bis die Daten den Senkenknoten erreichen, der selbst auf herkömmliche Weise (3G, GPRS, Ethernet) mit dem Internet verbunden ist.

 Diese Mesh-Netzwerke haben mehrere Probleme. Eines davon ist die Synchronisierung zwischen den Geräten: Da jedes Gerät eine andere Taktdrift hat, muss oft das gesamte Netzwerk synchronisiert werden, was zu einem höheren Energieverbrauch führt. Ein weiteres Problem ist die Asymmetrie des Geräteverbrauchs, d. h., dass nicht alle Geräte mit der gleichen Rate Strom verbrauchen: Dies liegt daran, dass Knoten, die näher an der Senke liegen, als Repeater für andere Geräte fungieren. Dieses Phänomen erschwert die Betriebskosten für die Wartung des Netzwerks und schränkt sogar die Verwendung von Energy Harvesting-Techniken bei einigen Geräten im selben Netzwerk ein. Andere Betriebskosten dieser Mesh-Netzwerke liegen in der Verwendung von Repeatern, um die Abdeckung einiger Teile des Einsatzes zu verbessern. Es ist nicht einfach, diese dunklen Zonen zu erkennen, und in der Regel braucht man geschulte Leute, um die Installation vorzunehmen.

In jüngster Zeit ist ein neues Konzept von - bis dato proprietären - Funksystemen aufgekommen. Diese neue Idee konzentriert sich auf das Senden von wenigen Datenbits mit einer sehr langsamen Übertragungsrate (weniger als 1 kbps), aber mit einer großen Reichweite (bis zu Kilometern). Diese Lösungen basieren auf Techniken wie Spread Spectrum und speziell entwickelten Modulationsschemata für hohe Empfindlichkeit.

Mit diesem neuen Funkkonzept im Hinterkopf verändert sich die Landschaft der WSNs. Die Verwendung eines Mesh-Netzwerks ist nicht mehr erforderlich, da mit diesen Langstrecken-Funkgeräten alle Geräte direkt mit dem Senkenknoten kommunizieren können. Daher wechseln wir von einer Mesh-Netzwerktopologie zu einem Sternnetz, und ein einzelner Sinkknoten empfängt Daten direkt von allen Geräten.

Andererseits ist der Sink-Knoten in der Regel komplexer und stromhungriger als ein Sink-Gerät bei Mesh-Netzwerken, was aber dadurch kompensiert wird, dass viel weniger Sinks benötigt werden, weil sie eine deutlich größere Abdeckung haben. Diese Änderung vereinfacht die Betriebsabläufe und Kosten enorm, da sie den Einsatz von Repeatern vermeiden, die Abdeckungsprüfung vereinfacht und somit in der Regel weniger geschultes Personal für die Installation benötigt wird.

Neue Akteure mit diesen neuen Funkgeräten - wie SigFox, Semtech, Weightless, On-Ramp - versuchen, zu Netzbetreibern zu werden, die Abdeckung ohne Eingreifen des Endnutzers anbieten, wie es GSM-Betreiber in der Vergangenheit taten.

Obwohl diese Unternehmen auf sehr ähnlichen Funktechnologien basieren, bieten sie ihren Kunden unterschiedliche Lösungen an:

• SigFox bietet ein wirklich weitreichendes Einweg-Kommunikationssystem, das sogar mit Geräten in Kellern und unterirdischen Parkplätzen funktioniert. SigFox hat vor Monaten das SigFox Network vorgestellt, das eine vollständige Abdeckung in Frankreich bietet, und beginnt nun, Spanien und andere EU-Länder abzudecken.

• Die Lösung von Weightless ist wie ein Ersatz von GSM-Netzen für M2M-Geräte, mit ähnlicher Abdeckung bei viel geringerem Stromverbrauch. Das Weightless-Netz ist synchronisiert und bidirektional, wenn die Anwendung es erfordert, und es basiert auf Basisstationen, die in denselben GSM-Türmen platziert sind, die auch tatsächlich eingesetzt werden. Seit kurzem werden sie in den lizenzierten Bändern betrieben, was die Service Level Agreements (SLAs) im Betreiberbereich vereinfacht.

• Semtech entwickelt eine neue Familie von HF-Transceivern auf Basis der LoRa-Modulation für Langstrecken-Funkverbindungen. Ihre Strategie ist es, die Transceiver ohne ein anderes Geschäftsmodell dahinter anzubieten, sondern ein Ökosystem von Drittanbietern zu schaffen, die Dienste wie Basisstationen, Abdeckung usw. anbieten.

• On-Ramp bietet eine Komplettlösung aus Transceivern und Basisstationen an, die für Geräte mit sehr geringer Datenrate (bis zu 30 KBs pro Tag) geeignet ist, die eine relativ lange Latenzzeit tolerieren, wie z. B. Smart Meter.

Damit diese proprietären M2M-Lösungen überleben können, müssen sie jedoch in den kommenden Jahren zu Standards oder De-facto-Standards werden. Sobald dies erreicht ist, wird der Einsatz eines WSN so einfach sein, wie die Auswahl des Betreibers, der am besten zu Ihrer Anwendung passt, die Überprüfung, ob er Ihr Einsatzgebiet abdeckt und das Ablegen Ihrer Geräte und der Beginn des Datenempfangs in Ihren Servern. Das bedeutet, dass Sie sich auf das konzentrieren können, was Ihr eigentliches Geschäft ist: die Bereitstellung von Diensten für bestimmte Branchen (und nicht den größten Teil Ihrer Bemühungen darauf verwenden, sich mit Abdeckungsproblemen zu beschäftigen).