LTE-M – die neue Form der IoT-Technologie

Der Funkstandard LTE-M beziehungsweise LTE-Cat-M1 gilt als eine Schlüsseltechnologie im IoT-Bereich. Hier gehen wir darauf ein, warum das so ist, was ihn von anderen Standards unterscheidet und für was er geeignet ist. Außerdem befassen wir uns damit, ob LTE-M für das Tracking von E-Bikes oder Motorrädern geeignet ist.

LTE-M – die neue Form der IoT-Technologie

Wenn von IoT und mobiler Konnektivität die Rede ist, fällt seit einiger Zeit immer öfter der Name LTE-M. Das kommt nicht von ungefähr. Denn der Mobilfunkstandard ist nicht nur vergleichsweise neu verfügbar. Er zeichnet sich außerdem durch eine Reihe von Eigenschaften aus, die neue Maßstäbe setzen. Das gilt besonders im Zusammenhang mit dem Internet der Dinge und mobiler Konnektivität.

LTE-M: Long Term Evolution for Machines – eine Definition

LTE-M beziehungsweise LTE-Cat-M1 steht für „Long Term Evolution for Machines“. Auch bekannt ist es als Enhanced Machine-type Communications, kurz eMTC.Dabei handelt es sich um einen Mobilfunkstandard. NB-IoT, LTE-M, Sigfox und Lora gehören zu den LPWAN – Low Power Wide Area Networks: Netzwerken, die für einen niedrigen Energieverbrauch und eine hohe Netzwerkabdeckung gedacht sind.Wie NB-IoT nutzt LTE-Cat-M1 das lizensierte Frequenzspektrum. Beide basieren auf dem LTE-Netz. Das hat, je nach Anwendungen, Vorteile gegenüber den Technologien Sigfox und Lora, die freie Frequenzbänder verwenden, allen voran eine große Netzabdeckung und eine langfristige Verfügbarkeit. Darauf und auf die Unterschiede zwischen beiden Standards kommen wir noch zurück.

LPWAN wie LTE-M sind Netzwerke, die für einen niedrigen Energieverbrauch und eine hohe Netzwerkabdeckung gedacht sind

MTC, LTE-M und M2M – Definition und Unterschiede

Wir haben es schon angesprochen: LTE-Cat-M1 ist speziell für M2M beziehungsweise IoT konzipiert. Doch was verbirgt sich hinter diesen Begriffen und worin besteht der Unterschied?

Definition von M2M

Das Kürzel M2M steht für Machine-to-Machine. Es bedeutet, dass Maschinen oder Geräte miteinander kommunizieren und automatisch Informationen austauschen. In diesem Zusammenhang spricht man auch von MTC (Machine-Type Communication).Dies geschieht entweder direkt oder zum Beispiel über einen Server. Eine zentrale Rolle in der Kommunikation spielen Sensoren und Microcontroller.In der Industrie ist M2M schon länger etabliert. Hier dient der automatisierte Austausch von Daten zum Beispiel dafür, Produktionsprozesse und das Energiemanagement zu optimieren. Auch für die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) wird M2M eingesetzt.

Definition von IoT

Im Grunde genommen passiert bei IoT (Internet of Things bzw. Internet der Dinge) dasselbe wie bei M2M. Auch hier steht die automatische Kommunikation zwischen Geräten beziehungsweise Maschinen im Mittelpunkt.Teilweise wird der Begriff Internet of Things allerdings auf Netzwerke eingegrenzt, die internetbasiert arbeiten und in denen jedes Gerät eine eigene IP-Adresse hat. IoT-Lösungen sind z. B. Smart-Home-Systeme mit vernetzten Beleuchtungs- oder Heizlösungen. Mindestens genauso häufig werden die Begriffe IoT und M2M aber auch synonym gebraucht.

M2M vs. IoT Definitionen

LTE-Cat-M1 – ein Standard speziell für M2M/IoT

Damit Maschinen miteinander kommunizieren können, brauchen sie geeignete Übertragungswege, am besten ohne störende Kabel. Hier kommen Funkstandards ins Spiel. Von diesen gibt es mittlerweile eine ganze Menge – für alle möglichen Anwendungen der Internet der Dinge.Werden Geräte wie Beleuchtungslösungen, Heizungen oder Entertainment-Systeme im Smart Home vernetzt, finden zum Beispiel WLAN, Bluetooth Mesh, EnOcean oder Zigbee Einsatz. Diese Funkstandards können viele Daten transportieren.Dafür stoßen sie an Grenzen, wenn eine Kommunikation über größere Reichweiten und durch Gebäudemauern sowie eine lange Batterielaufzeit gefragt ist. Spätestens bei 30 Metern und damit am eigenen Gartenzaun ist Schluss.Damit wären wir bei den schon angesprochenen Wide Area Networks, zu denen LTE-M gehört.Zu den zentralen Eigenschaften von LTE-M gehören die folgenden:

  • Als Mobilfunknetz gut für die Kommunikation über große Distanzen hinweg geeignet
  • Hohe Gebäudedurchdringung
  • Vergleichsweise geringe Latenzzeiten1
  • Für geringe bis mittelgroße Datenmengen
  • Hohe Akku-Lebenszeit
  • Geringe Kosten für Module

Welche Auswirkungen diese Eigenschaften auf den Einsatz von LTE-M im Internet der Dinge haben, klären wir weiter unten noch.

NB-IoT und LTE-M im Vergleich

Der engste Konkurrenz von LTE-M heißt NB-IoT (Narrowband-IoT/ auch CAT-NB1/NB2). Weil die beiden gerne in einem Atemzug genannt werden, gehen wir im Folgenden auf die zentralen Unterschiede ein.Denn auch wenn LTE-M und NB-IoT im ersten Moment sehr ähnlich wirken, gibt es wichtige Unterschiede. Diese wirken sich darauf aus, wofür der jeweilige Standard angewendet wird.

Was ist NB-IoT?

Narrowband-IoT wurde wie LTE-Cat-M1 speziell für IoT entwickelt. Wie Letzteres nutzt es das lizensierte Frequenzspektrum und lässt sich über ein Software-Update in vorhandene Infrastrukturen integrieren.

Anwendungen von Narrowband-IoT

Zur Anwendung kommt Narrowband-IoT zum Beispiel in folgenden Bereichen:

  • Vernetzung von Straßenlaternen: Mithilfe von NB-IoT und entsprechenden Sensoren lassen sich Straßenlaternen aus der Entfernung ein- und ausschalten sowie dimmen. Teilweise regeln sie sich selbst herunter, wenn sich keine Person in der Nähe befindet.
  • Smart Parking: Durch das Zusammenspiel von Sensoren, NB-IoT and einer speziellen App sehen Autofahrer freie Parkplätze und können diese direkt ansteuern.
  • Überwachung von Füllständen in der Industrie: In der Industrie lassen sich mit Hilfe von Narrowband-IoT zum Beispiel Füllstände von Behältern oder die Temperatur von Flüssigkeiten überwachen. Da sich beides oft hinter dicken Mauern befindet, kommt in diesem Fall auch die hohe Gebäudedurchdringung der Technologie zum Tragen.
  • Fernauslesung von Zählern: Aufgrund seiner guten Netzabdeckung und Gebäudedurchdringung eignet sich NB-IoT außerdem, um aus der Ferne Zähler abzulesen. Dabei wird die verbrauchte Strommenge automatisch auf das Kundenkonto übertragen.

Und wie sieht es mit dem Tracking beweglicher Dinge aus? Hier kommen wir zu den Unterschieden zwischen LTE-M und Narrowband-IoT.

Technologien NB-IoT und LTE-M im Vergleich

Betrachtet man LTE-Cat-M1 im Vergleich zu NB-IoT (CAT-NB1/NB2), fallen folgende wesentliche Unterschiede auf:

  • Gebäudedurchdringung: Beide Technologien, sowohl NB-IoT als auch LTE-M zeichnen sich durch eine sehr gute Gebäudedurchdringung aus. Im direkten Vergleich schneidet NB-IoT noch ein klein wenig besser ab als LTE-M.
  • Batterielaufzeit: Ähnlich sieht es mit der Batterielaufzeit aus. Auch hier hat NB-IoT die Nase geringfügig vorne.
  • Datenrate: LTE-M punktet im Vergleich zu NB-IoT durch höhere Datenraten. Betragen diese bei Narrowband-IoT weniger als 100 kbps, so kommt LTE-M immerhin auf 384-1000 kbps.
  • Geringere Latenzzeiten 1: Bei einigen IoT-Anwendungen, zum Beispiel beim Smart Tracking, spielt die Latenz eine wichtige Rolle. Hier zeigt sich ein deutlicher Unterschied zwischen LTE-M und Narrowband-IoT. Nur LTE-M eignet sich für eine Übertragung in Echtzeit.
  • Handover 2: Das sogenannte „Handover“ ist ein weiterer zentraler Punkt bei der Verfolgung mobiler Gegenstände, besonders beim Roaming über Landesgrenzen hinweg. LTE-M hält die Verbindung aufrecht, wenn Geräte verschiedene Mobilfunkzellen durchqueren. Anders NB-IoT. Hier müssen sich Geräte jedes Mal neu einwählen.
  • Sprachübertragungen: Geringere Latenzzeiten und höhere Datenraten ermöglichen Sprachübertragungen über LTE-M. Zur Anwendung kommt diese Eigenschaft zum Beispiel bei Alarmsystemen
  • Kosten: Module für LTE-M sind etwas komplexer aufgebaut als solche für NB-IoT und deshalb auch etwas teurer.

Bleibt das Thema Netz-Abdeckung. In der jüngsten Vergangenheit bietet LTE-M genauso eine große Netzabdeckung wie auch Narrowband-IoT, beide Funk-Technologien haben große Fortschritte gemacht.Ganz kann sie sich aber noch nicht mit der 2G Technologie messen. Das spielt beim Roaming und Tracking über große Entfernungen hinweg eine entscheidende Rolle.

Latenzzeit und ihre Bedeutung beim GPS-Tracking

1Latenzzeit: Die Latenzzeit (Verzögerungszeit) beschreibt die Zeit, die zwischen dem Auftreten eines Ereignisses und dem Eintreten einer sichtbaren Reaktion darauf, verstreicht.

Handover im Mobilfunk

2Handover: Wenn ein mobiles Endgerät in eine neue Funkzelle wechselt, ohne dass die Verbindung unterbrochen wird, spricht man von „Handover“ (Englisch für „Übergabe“)

Vor- und Nachteile beider Mobilfunkstandards im Überblick

Ein eindeutiges „besser“ oder „schlechter“ gibt es im Vergleich NB-IoT zu LTE-M nicht. Vielmehr eignen sich die beiden Lösungen für unterschiedliche IoT-Anwendungen.Im Gegensatz zu NB-IoT bietet LTE-M für mobile Anwendungen die besseren Voraussetzungen, NB-IoT dagegen für Anwendungen im stationären Bereich. Ausnahmen für IoT-Anwendungen bestätigen wie immer die Regel und manchmal liegt der Unterschied im Detail.

Narrowband-IoT und LTE-M im Vergleich

Anwendungen LTE-M – Beispiele

Geringere Latenzzeiten, problemloses „Handover“, gute Netzabdeckung als Low Power Wide Area Network – alle diese Eigenschaften sorgen dafür, dass sich LTE-M (Long Term Evolution for Machines) gut für IoT in Zusammenhang mit mobilen Gegenständen eignet.Zu verbreiteten Anwendungen von LTE-M gehören die folgenden:

  • Lieferkettenverfolgung: Mithilfe von LTE-M überwachen Spediteure in Echtzeit, wo sich ihre Fracht befindet. Zusätzlich erhalten sie weitere wertvolle Informationen, zum Beispiel über die Temperatur.
  • Wearables: Smart Watches mit LTE-M übermitteln die Position des Trägers in Echtzeit.
  • Patientenüberwachung: Für Patienten und Ärzte gewinnen Geräte zur Patientenüberwachung Bedeutung. Durch das Internet der Dinge und LTE-M bleibt medizinisches Personal über den Gesundheitszustand von Patienten im Bilde. Es kann schnell auf Notfälle reagieren, auch wenn sich diese nicht im Krankenhaus befinden. Eine der zentralen Anforderungen in diesem Zusammenhang ist die Übertragung von Daten in Echtzeit.
  • Aufzüge: Da LTE-M eine Sprachübertragung erlaubt, kommt es auch zum Einsatz, um in Aufzügen einen Notruf abzusetzen.

Übrigens: Es gibt auch Situationen, in denen sowohl LTE-M (Long Term Evolution for Machines) und Narrowband-IoT eine gute Lösung sein können.Beim Tracking in der Logistik müssen oft nur geringe Datenmengen versendet werden, und das nicht zwingend in Echtzeit. Dafür bietet sich Narrowband-IoT an. Sobald die Datenmengen größer ausfallen und eine Lokalisierung in Echtzeit wichtig ist, stellt LTE-M die bessere Alternative dar.

LTE-M: Für GPS Tracking von E-Bikes geeignet?

GPS-Tracking hat sich zum modernen Standard im Diebstahlschutz von E-Bikes entwickelt. Denn während professionelle Diebe selbst teure Schlösser problemlos knacken oder dein Bike mit einem Lieferwagen entführen, gibt dir GPS-Tracking die Gelegenheit

  • sofort auf einer App zu sehen, wenn sich dein geparktes Bike unerlaubt bewegt.
  • den Standort eines gestohlenen E-Bikes in Echtzeit zu verfolgen und an die Polizei weiterzugeben.

Beides erhöht die Chancen deutlich, dass du Diebstähle verhinderst oder dein E-Bike nach einem Diebstahl zurückbekommst. Beides funktioniert aber nur mit M2M beziehungsweise IoT. Auch hier ist die Voraussetzung ein geeigneter Funkstandard, um Daten zu übertragen.

BikeTrax Routentagebuch für E-Bikes

Mit GPS-Trackern wie BikeTrax von PowUnity kannst du den Standort deines E-Bikes jederzeit per Smartphone-App abfragen.

E-Bike-Tracking mit dem Internet der Dinge stellt hohe Anforderungen an einen Funkstandard:

  • Die Technologie muss den Datenaustausch über größere Entfernungen ermöglichen. Deshalb kommt nur ein Wide Area Network in Frage.
  • Idealerweise gibt es keine oder kaum Latenzen. Nur auf diese Art lässt sich der Standort des E-Bikes in Echtzeit tracken. Da Fahrraddiebe ihre Beute gerne ins europäische Ausland bringen, ist auch ein problemloses Roaming wichtig.
  • Eine lückenlose Netzabdeckung garantiert, dass sich ein gestohlenes Rad überall tracken lässt, im Inland und beim Roaming im Ausland.
  • Schließlich sorgt eine gute Gebäudedurchdringung dafür, dass dicke Kellermauern kein Problem bei der Verfolgung darstellen.
Voraussetzungen für reibungsloses GPS-Tracking

Weniger wichtig ist eine hohe Bandbreite. Denn anders als bei vielen anderen IoT-Anwendungen werden beim Tracking keine großen Datenmengen ausgetauscht.Das alles kommt dir irgendwie bekannt vor? Tatsächlich sind die Eigenschaften von LTE-Cat-M1 fast deckungsgleich mit den oben beschriebenen Anforderungen, angefangen bei den geringen Latenzen bis hin zur Gebäudedurchdringung.Es gibt nur eine Einschränkung, die dafür sorgt, dass diese Technologie aktuell noch nicht erste Wahl für das E-Bike-Tracking ist.

Warum 2G (momentan noch) besser für das Tracking geeignet ist

Um LTE-Cat-M1 nutzen zu können, muss das bestehende Mobilfunknetz erweitert beziehungsweise ein Software-Update durchgeführt werden. In den letzten Jahren wurde das in großem Umfang ermöglicht. Damit hat sich die Netzabdeckung rasant entwickelt.Für die IoT-Konnektivität beziehungsweise speziell das Tracking bedeutet das: In oder um Städten ist Smart Tracking mit LTE-M kein Problem. In manchen abgelegenen Gebieten sieht es noch anders aus. Für GPS-Tracking als Diebstahlschutz ist das ein Problem. Schließlich brauchst du für diese Anwendung auch dann Netz, wenn Diebe dein E-Bike oder dein Motorrad auf abgelegenen Landstraßen transportieren und in versteckten Scheunen unterstellen.Darum setzt PowUnity aktuell auf 2G. Den Standard gibt es bereits seit den 1990er Jahren. Das heißt, du profitierst im In- und Ausland von einer lückenlosen Netzabdeckung.Wichtig: Dass 2G niedrigere Datenübertragungsraten aufweist, ist ein Problem, wenn du Videos auf dein Handy laden willst. Für das Tracking von E-Bikes spielt es keine Rolle.

Fazit: LTE-M, ein Standard mit Zukunft

Keine Frage, neben Narrowband-IoT ist Long Term Evolution for Machines beziehungsweise LTE-Cat-M1 eine der wichtigsten Neuerungen im Bereich IoT-Konnektivität. Mit seiner Kombination aus geringen Latenzen, höherer Bandbreite als NB-IoT/CAT-NB1/NB2, guter Gebäudedurchdringung und Unterstützung von Handover bietet sich der Standard vor allem für den Datenaustausch mit mobilen Geräten beziehungsweise Fahrzeugen an.Einziger Wermutstropfen: Das Netz für Long Term Evolution for Machines ist noch nicht flächendeckend verfügbar. Beim Tracking von E-Bikes oder Motorrädern für den Diebstahlschutz ist dies eine ernstzunehmende Schwachstelle. Darum ist hier 2G aktuell noch die bessere Lösung.LTE-M wird demnach in Zukunft weiter für das Internet der Dinge und damit auch für das Smart Tracking an Bedeutung gewinnen. Auch im Diebstahlschutz wird die Technologie zeitnahe eine Vorreiterrolle übernehmen.

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