Um einfache Dinge an das IoT anzubinden zu können, muss die Konnektivität energieeffizient, preiswert und weltweit einsetzbar sein. LPWANs machen es möglich. 

Ob Vibrationssensoren zur Lager- und Verzahnungsüberwachung von Antrieben, die Erfassung der Betriebsstunden einer rein elektrischen Maschine oder das Zählen der Betätigung eines Presswerks oder einer pneumatischen Stanze: Wer solche Anwendungen bislang an das Internet anbinden wollte, musste für die Connectivity tief in die Tasche greifen. Die derzeit aufkommenden, so genannten Low Power Wide Area Networks (LPWANs) reduzieren die Kosten der zu implementierenden Logik und produzieren zudem nur geringe Betriebskosten – wenn überhaupt. Das schafft die Möglichkeit, selbst einfache Dinge nun mit einer IoT-Anbindung zu versehen.
Das im Münchner Raum ansässige Unternehmen Sigfox schafft im Wettbewerbsvergleich kostengünstige M2M-Schnittstellen, bei denen über kleine Datenpakete Betriebs- und Zustandsdaten an Leitstellen von Betreibern und/oder Remote-Monitoring-Lösungen von Herstellern übertragen werden. Durch das bidirektionale Netz können auch Daten an die Sigfox-Devices zurückgesandt werden, etwa für Parametrier- und Steuerungsfunktionen.

Sigfox-Knoten für rund zwei Euro

Während mit Sigfox in der Datenübertragungskapazität vergleichbare LPWANs primär als geschlossen installierte, lokale Netze aufgebaut sind, die ihr eigenes Gateway für die Anbindung benötigen, kommt das Sigfox-Netz frei Haus: Anwender benötigen keine eigenen Gateways mit Internetanbindung, da das Sigfox-Netz überall verfügbar wird – weltweit. Sigfox braucht auch keine SIM-Karten, um online zu gehen. Auch Roaming-Gebühren oder monatliche Datentarife vom Netzbetreiber für den Endanwender sind nicht notwendig, was die Kostenkalkulation transparenter und besser kalkulierbar macht.
Sigfox hingegen nutzt für die Signalübermittlung lizenzfreie Frequenzbänder, was es auch von andere LPWANs unterscheidet, die teurer in den Kosten pro Knoten sind und die für höhere Datenbandbreiten konzipiert wurden und deshalb nur im lizenzierten und damit vergleichsweise teuren Netzen angeboten werden können. Die derzeit günstigsten LPWAN-Module sind für diese LPWANs im lizenzierten Frequenzbereich zudem – selbst bei großen Stückzahlen – erst ab rund fünf Euro erhältlich. Bedenkt man jedoch, dass es laut der Gartner-Studie bis 2020 etwa 21 Millionen IoT-Devices geben soll, müssen die Konnektivitätskosten dringend weiter sinken. Sigfox kann seine Knoten schon heute für rund zwei Euro anbieten – Tendenz sinkend.

Für Daten bis 12 Byte

Viele IoT-Applikationen – und insbesondere nahezu alle, die einfache Dinge anbinden – brauchen keine Gigabit-Bandbreiten mit Jumboframes. Sie wollen lediglich kleine Datenpakete übermitteln: Messwerte wie Temperatur, Geschwindigkeit, Helligkeit etc. sowie Schwellenwerte dieser und anderer Sensordaten. Das Kommunikationsprotokoll von Sigfox wurde genau für solche kleinen Datenpakete gemacht. Die Nachrichtengröße in Richtung Cloud darf bis zu 12 Bytes umfassen. Das ist mehr als ausreichend, um etwa Alarm-Informationen und mehrere Applikationsdaten zu übertragen. In Richtung Devices ist der Nachrichtenumfang auf acht Byte beschränkt. Aber auch dies genügt, um Befehle zu übertragen oder ein Gerät und seine Applikationsparameter zu verwalten.

Energieeffizienz

Sigfox-Knoten sind energieeffizient, weil zum Verbindungsaufbau kein Handshake zwischen einer Sigfox-Basisstation und dem Gerät erforderlich ist. Zudem befindet sich die Sigfox-Connectivity im Offline-Modus, wenn das Gerät nicht selbst senden will. Genau dadurch wird die meiste Energie eingespart, was batteriebetriebene smarte Sensoren mit einer langen Betriebsdauer ermöglicht. Sensoren, die Schwingungen oder Ölalterung messen, können mit einer Sigfox-Schnittstelle über Jahrzehnte hinweg Messdaten an die IIoT-Applikationen von Herstellern und Betreibern liefern, ohne dass jemals eine Batterie gewechselt werden müsste. Da Sigfox-befähigte Sensoren kaum Energie verbrauchen, lassen sie sich oft auch autark an bestehendes Equipment anbringen, ganz ohne Leitungen verlegen zu müssen und/oder eine externe Stromversorgung.

Abdeckung bis zu 85 Prozent

Trotz ihres geringen Energiebedarfs haben Sigfox-Devices eine hohe Funkreichweite. Das Sigfox-Netz kann so auch Funkdaten von Geräten empfangen, wenn diese in Ballungsräumen mehrere Kilometer vom nächsten Funkmast entfernt sind. In ländlichen Regionen beträgt die Reichweite 30 bis 50 Kilometer.
Zur Zeit können Daten aus 45 Ländern gesendet und empfangen werden, in 15 weiteren Ländern soll das Netzwerk bis Ende 2018 verfügbar werden, sodass in wenigen Jahren von einer europaweiten und globalen Abdeckung auszugehen ist. In Deutschland hat die Abdeckung bereits über 65 Prozent erreicht und bis Ende 2018 soll sie rund 85 Prozent betragen.

Predictive Maintenance und mehr

All das prädestiniert die Sigfox-Technologie für zahlreiche kleinere Lösungen. Folgendes Szenario: Motoren müssen beispielsweise regelmäßig gewartet werden. Wird ein Motor nicht regelmäßig gewartet und instandgehalten, droht ein Ausfall der Maschine oder der Anlage. Ungeplante Stillstandzeiten kosten aber Geld und führen im 24/7 Betrieb auch zu Verlusten bei Absatz, Umsatz und Gewinn. Nun kann man Wartungen zyklisch an der unteren Schwelle der MTBF-Berechnungen umsetzen. Nur kostet diese rein zyklischen Wartungsintervalle vergleichsweise viel Geld. Wenn ein Motor aber mit einem smarten Sensor ausgestattet ist, kann er seine Zustandsparameter konstant versenden, was wirklich bedarfsgerechte Wartungen rechtzeitig vor dem Ausfall ermöglicht. So werden die vorhandenen Ressourcen optimal genutzt und die die Kosten für die Wartung gesenkt. Zudem lassen sich für den Hersteller auch weitere IoT-Geschäftsmodelle ableiten, etwa Pay-per-Use oder -Betriebszeit, die sich über LPWAN angebundene Geräte und Maschinen einfach abbilden lassen. Auch kann man die gesammelten Daten zur Optimierung der Produktentwicklung nutzen, was eigene Prüflabors ins industrielle Anwenderfeld verlegen lässt.

Testen ausdrücklich erwünscht

Um sich von der Leistungsfähigkeit und Einfachheit von Sigfox-Lösungen zu überzeugen, bietet Conrad Electronic das applikationsfertige Testsystem Sens'it an. Mit diesem online erhältlichen Multisensor lassen sich innerhalb weniger Minuten verschiedene Sensordaten wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Helligkeit, Türöffnung, Magnetkontakt und Tastendruck sowie Bewegungen und Vibrationen in eine Cloud übertragen und Push-Nachrichten aufs Smartphone oder über E-Mail, SMS oder Twitter versenden. Sens'it ist eine schnelle Möglichkeit, die Sensor-to-Cloud Kommunikation mit Sigfox zu testen.