Narrowband-IoT in der Praxis. Vorteile. Herausforderungen. Security. Aktuelle Einschätzungen aus mehr als 12 Jahren IoT Technologieerfahrung.

Narrowband-IoT in der Praxis. Vorteile. Herausforderungen. Security.

Aktuelle Einschätzungen aus mehr als 12 Jahren IoT – Technologieerfahrung.

Eigenschaften.

Narrowband IoT (NB-IoT oder LTE Cat-NB1), so die Werbeaussage, sei eine Kommunikationstechnologie, die die Welt verändern wird. In der Tat lockt NB-IoT mit vielen interessanten Eigenschaften:

  • Minimaler Energieverbrauch des Funkbetriebs (u.a. durch spezielle Energiesparmodi wie „PSM“, „LP TAU“, „eDRX“)
  • Kostengünstige Module (Mittelfristig zwischen 2€ und 5€)
  • Kostengünstiger Betrieb
  • Gemanagter Betrieb des Netzes (durch Provider)
  • Möglichkeit zur Vereinbarung von Service Levels bzgl. Verfügbarkeit des Netzes
  • Sehr gute Coverage durch hohe Durchdringung auch in Gebäuden

Anwendungen.

Bislang sind unserer Einschätzung nach jedoch wenige Produkte ausgerollt, denn NB-IoT ist erst seit (Mitte/Ende) 2018 im Feld verfügbar. Dies führt dazu, dass aktuell nur begrenzte Unterstützung durch Standardprodukte (z.B. IoT-Plattformen) in Produktivqualität verfügbar ist.

NB-IoT eignet sich sehr gut für einfachere IoT-Anwendungen bei denen die Latenz- und Bandbreitenanforderungen gering sind aber die Kriterien geringe Kosten, Nutzung in Gebäuden und der Energieverbrauch (Batteriebetrieb über mehrere Jahre) eine große Rolle spielen.

Die Netzabdeckung in Europa ist nun annähernd flächendeckend verfügbar. Allerdings gibt es einzelne Provider bzw. Regionen, die nicht primär NB-IoT ausrollen, sondern sich für (die nicht kompatible Technologie) LTE CAT-M1 entschieden haben (wie bspw. NL (KPN), Skandinavien, z.T. auch Spanien) Dies sollte bei einer Produktentwicklung unbedingt berücksichtigt werden.

Herausforderungen.

Den Vorteilen stehen wie immer verschiedene Herausforderungen bei der Anwendung von NB-IoT gegenüber. Als wesentliche Punkte sind zu nennen:

  1. Herausforderung der Netzabdeckung bei internationalem Rollout
  • Internationales Roaming zwischen Providern ist noch nicht verfügbar (NB-IoT Roaming wurde spezifiziert, die Verträge zwischen den Providern sind aber noch nicht ausverhandelt)
  • Kurzfristige “Workarounds” für die (vorübergehende) Situation wären
    • Nutzung verschiedener SIM-Karten unterschiedlicher Provider (ist wohl in der Praxis mit Blick auf die Logistikprozesse keine echte Alternative darstellt…)
    • Einige Provider bieten mit ihren internationalen Tochtergesellschaften (Deutsche Telekom, Vodafone) “internes” Roaming an
  1. Herausforderung der Protokolle / Zuverlässigkeit / Datenübertragung

Zunächst sie vorausgeschickt, dass bei NB-IoT verschiedene Basisbetriebsarten genutzt werden können. Dies sind:

  • Non-IP Mode: Quasi UDP/ IP ohne IP Routing: Nachteil: Es ist nur eine Ziel/ Quell-Server Adresse möglich (Kein Routing von Paketen) – Damit ist in der Regel auch nur eine Anwendung möglich
  • IP-Mode: UDP-basierte Protokolle (Empfehlung der Provider)
  • IP-Mode: TCP wäre theoretisch technisch möglich, funktioniert in der Praxis aber wegen hohen Latenzen (die zu Retransmits von Paketen führen) und höherer Komplexität und Protokoll-Overhead nicht gut und wird auch nicht empfohlen

Hieraus ergeben sich nun die folgenden Herausforderungen:

  • Die (empfohlenen) Basis-Übertragungs-Protokolle besitzen keinen Sicherungsmechanismus auf Verbindungsebene, auch sind die einzelnen Pakete in der Länge limitiert (z.B. ca. 1500 Bytes bei UDP)
  • Standardprotokolle (wie z.B. MQTT-SN, CoAP) sind je nach Anforderungen der Applikationen nicht einsetzbar
  • Kommunikationsprotokolle (auf Basis der oben genannten Basisvarianten) müssen je nach Anforderungen eigens konzipiert und implementiert werden
  • Das Senden von Daten an Geräte ist nicht out-of-the-box möglich, da keine stehende Daten-“Verbindung” existiert – um dies zu ermöglichen müssen spezielle Konzepte implementiert werden
  • Latenzen in der Übertragung liegen typisch im Bereich von wenigen Sekunden, können aber auch bis zu 30 Sekunden betragen
  1. Herausforderung Security
  • Die Sicherstellung der Security der Datenübertragung auf der Luftstrecke ist gewährleistet (durch den Provider)
  • Die Basis-Standardprotokolle bieten jedoch keine Security auf der Transportschicht, daher muss der Transport zwischen Provider und Cloud-Applikation geschützt werden. Als Maßnahmen können Site-2-Site VPN in Verbindung mit Private APN oder UDP DTLS genutzt werden)
  • Die integrierte Software der (relativ neuen) NB-IoT Module ist teilweise noch sehr fehlerhaft und erfordert an vielen Stellen (selbst erfundene) Workarounds

Fazit

Diese Zusammenfassung ist ein aktueller Schnappschuss auf Basis unserer langjährigen Erfahrung in der IoT Produktentwicklung. Zusammengefasst kann man sagen, dass auf technischer Seite die Versprechungen eingelöst werden, wenn man (wenn es die Anforderungen notwendig machen) bereit ist, in die Entwicklung im Bereich der “Produktisierung” (z.B. Robustheit der Übertragung) eines Projektes zu investieren.

Im kommerziellen Bereich werden aktuell die in Aussicht gestellten Zielkosten von den Anbietern, seien es Modulhersteller oder Provider, noch nicht erfüllt. Auch will aktuell ein internationaler Rollout von Produkten wohlüberlegt sein, da das nicht vorhandene providerübergreifende Roaming eine maßgebliche Herausforderung für OEMs darstellt.

Sie haben Fragen, benötigen Unterstützung in diesem Bereich oder suchen einen One-Stop-Shop für Ihre (IoT-) Produktentwicklung? Wir sind gerne für Sie da.