Narrowband-IoT: Der richtige GPS-Tracker-Standard für dein E-Bike?

NB-IoT und IoT – Grundsätzliches

Narrowband-IoT – Definition und Eigenschaften

Narrowband steht umgangssprachlich für eine geringe Datenübertragungs-Geschwindigkeit. Das Gegenteil von Narrowband ist Broadband (dt. Breitband), eine hohe Datenübertragungs-Geschwindigkeit. Narrowband-IoT (NB-IoT) ist eine Funktechnologie, die speziell für das „Internet of Things“ entwickelt wurde und von Unternehmen wie der Deutschen Telekom vorangetrieben wird. Sie zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• Niedrige Bandbreite
• Hohe Gebäudedurchdringung
• Geringer Energiebedarf
• Hohe Reichweite

Mit diesen Eigenschaften gehört NB-IoT zu den sogenannten Low Power Wide Area (LPWA) Technologien. Die Basis für diese Technologie ist der 3GPP-Standard (3rd Generation Partnership Project). Wie LTE-M nutzt NB-IoT das lizensierte Frequenzspektrum, genauer gesagt das LTE-Netz. Das heißt, es lässt sich mit vorhandener Infrastruktur nutzen.

Was bedeutet Internet der Dinge (IoT)?

Von Internet der Dinge beziehungsweise Internet of Things oder IoT spricht man, wenn physische Gegenstände miteinander vernetzt sind und – unter anderem über Sensoren – Informationen austauschen. In diesem Zusammenhang ist auch der Begriff M2M (Machine to Machine) wichtig.

Ein bekanntes Beispiel für IoT-Anwendungen sind Smart-Home-Anwendungen. Das beginnt bei Thermostaten, die die Heizung selbstständig herunterregeln und reicht bis hin zu automatisierten Lüftungsanlagen und vernetzten Entertainment-Lösungen. Auch mobile Gegenstände können Teil des Internet of Things sein. So gehört auch das Tracking, zum Beispiel in der Logistik oder für den Diebstahlschutz, zu den verbreiteten IoT-Anwendungen.

Für welche Anwendungen Narrowband-IoT geeignet ist

Wir haben es angesprochen: Narrowband-IoT wurde für das Internet der Dinge entwickelt. Allerdings nicht für alle IoT-Anwendungen, sondern speziell für solche, bei denen eine hohe Reichweite, eine gute Gebäudedurchdringung und ein geringer Energiebedarf gefragt sind, aber nur kleine Datenmengen versendet werden.Das heißt: Während im Smart Home Technologien wie WLAN oder EnOcean zur Anwendung kommen, um Geräte sowie Devices zu vernetzen, bietet sich NB-IoT zum Beispiel für folgende Verwendungszwecke an.

• Smart Metering: Mithilfe von NB-IoT senden Gas-, Wasser- oder Stromzähler regelmäßig Verbrauchsdaten an Server des Versorgers. So entfällt das mühsame Ablesen im Rahmen von Hausbesuchen.
• Kontrollieren von Füllständen: Häufig kommt der Standard zur Anwendung, um Füllstände von Behältern aus der Ferne zu kontrollieren.
• Smart City: Zu den Smart-City-Anwendungen, für die sich NB-IoT eignet, gehört das Steuern von Straßenlaternen aus der Ferne.
• Tracking: In der Logistik lassen sich Container oder Waggons mit NB-IoT tracken.

Es gibt aber IoT-Anwendungen, bei denen die Vorteile von NB-IoT nicht zum Tragen kommen. Das betrifft nicht nur datenintensive Smart-Home- beziehungsweise Entertainment-Anwendungen, sondern auch manche Tracking-Aufgaben im Internet of Things.

Narrowband-IoT vs. andere Funktechnologien

Neben NB-IoT gibt es andere Funkstandards, die für das Internet of Things und den Datenaustausch über weite Strecken geeignet sind. Im Folgenden gehen wir auf die Vor- und Nachteile der verschiedenen Technologien ein. Außerdem beschäftigen wir uns damit, welcher Standard sich für welche Anwendungen anbietet und wo einzelne Technologien an Grenzen stoßen.

Narrowband-IoT vs. LTE-M

LTE-M bzw. LTE-Cat-M1 ist neben NB-IoT das zweite neue LPWAN – Low Power Wide Area Networks. Auf den ersten Blick sind beide Standards sehr ähnlich, auf den zweiten offenbaren sich wichtige Unterschiede:

• NB-IoT zeichnet sich durch eine bessere Gebäudedurchdringung und einen geringeren Energieverbrauch aus.
• LTE-M kann mehr Daten übertragen und ermöglicht durch geringere Latenzzeiten (1) eine Übertragung in Echtzeit. Außerdem hält der Standard die Verbindung aufrecht, wenn Geräte von einer Mobilfunkzelle in die nächste wechseln (Handover (2)). Beides trifft auf NB-IoT nicht zu.

Diese Unterschiede führen dazu, dass sich Narrowband-IoT und LTE-M für verschiedene IoT-Anwendungen eignen:

• NB-IoT kommt vor allem bei stationären Gegenständen zur Anwendung. Daneben eignet es sich für das Tracking, solange eine Datenübertragung in Echtzeit nicht notwendig ist.
• LTE-M bietet sich für das Tracking in Echtzeit an, zum Beispiel für den Diebstahlschutz. Nachdem sich der Standard wegen seiner höheren Bandbreite für Sprachübertragungen im Internet of Things eignet, kommt er auch für Notruffunktionen zum Einsatz, beispielsweise in Aufzügen.

Narrowband-IoT vs. Sigfox und LoRa

In einem Atemzug mit Narrowband IoT und LTE-M fallen oft die Begriffe LoRa und Sigfox. Dabei handelt es sich um zwei weitere Übertragungsstandards, die für die Übermittlung geringer Datenmengen entwickelt wurden und sich auf den Ausbau des Internet der Dinge (IoT) fokussieren.

Der größte Unterschied zwischen NB-IoT sowie LTE-M und LoRa und Sigfox ist: Narrowband-IoT und LTE-M bauen auf dieselbe Infrastruktur auf, innerhalb der unsere Smartphones kommunizieren. Das heißt, sie nutzen gemeinsam mit etablierten Netzanbietern das sogenannte lizensierte Frequenzspektrum. Diese Infrastruktur wird stetig ausgebaut und deckt heute viele Anwendungsfelder der Datenübertragung weltweit ab.

Die Anbieter von LoRa und Sigfox dagegen nutzen ein eigenes, firmenintern entwickeltes und sogenanntes „unlizensiertes“ Frequenzspektrum.

Allerdings unterscheiden sich auch diese beiden Technologien in ihren Eigenschaften und ihren Anwendungsbereichen:

• Die Netzabdeckung von Sigfox ist innerhalb Deutschlands und global weit fortgeschritten, wenngleich sie nicht mit der von LTE-M oder Narrowband-IoT mithalten kann. Zur Anwendung kommt der Standard zum Beispiel im Rahmen der Bewässerungssteuerung, bei der Überwachung von Füllständen oder beim Tracking von Koffern. Als Ultra-Schmalband-Technologie zeichnet sich Sigfox durch eine extrem geringe Bandbreite aus.
• Nutzer von LoRa müssen ihre Netzwerkinfrastruktur komplett selbst aufbauen oder dafür mit lokalen Betreibern zusammenarbeiten. Deshalb eignet sich die Technologie vor allem für lokal begrenzte Projekte. Der Vorteil dabei: Die Kontrolle über sensible Daten bleibt in den eigenen Händen. Das ist ein Grund, warum manche Versorger beim Smart Metering auf LoRa setzen.

Die mangelhafte Netzabdeckung von LoRa und von Sigfox ist ein Defizit. Sie ist zum Beispiel für einen optimalen digitalen E-Bike-Diebstahlschutz nicht ausreichend und das wird sich auch zukünftig nicht ändern. Technologien, die auf das lizenzierte Frequenzspektrum und bestehenden Mobilfunkstandards aufbauen, werden im Netzausbau immer einen Vorsprung haben.

Narrowband-IoT vs. 2G

Nun kommen wir zu einem alten Bekannten, der speziell im Bereich E-Bike-Tracking immer noch eine große Rolle spielt: 2G.

Woher der Name kommt?

Mobilfunkstandards werden in Generationen unterteilt. 2G, 3G und 4G steht somit für Mobilfunkstandards der zweiten, dritten und vierten Generation. GPRS und LTE sind innerhalb dieser Generationen die Bezeichnungen für die Datenübertragung. So ist GPRS die Bezeichnung für die Datenübertragung innerhalb des 2G Standards, LTE die Bezeichnung für die Datenübertragung innerhalb des 4G Standards. Einfach erklärt: 2G und GPRS gehören zusammen, 4G und LTE gehören zusammen.

Den 2G-Standard gibt es seit den 1990er Jahren. Dieses Netz ist entsprechend dicht und lückenlos ausgebaut. Hauptgrund für die Erweiterung auf 3G und 4G ist vordergründig die Möglichkeit der höheren Datenübertragung (Bandbreite). Während in den 1990er Jahren das 2G-Netz ausreichend war, da noch keine Videos und Ähnliches über das Handy geladen wurden, wurde mit der Einführung des Smartphones das Netz zwangsläufig auf 4G erweitert.

Der 2G-Standard verfügt über die größte Netzabdeckung und ist die derzeit beste Lösung für das Tracking von Fahrrädern und E-Bikes.

Für das Tracking eines Fahrzeugs wie eines Fahrrads, Autos oder E-Bikes wird aber diese hohe Bandbreite nicht benötigt. Datenübertragungsraten des 2G-Standards sind absolut ausreichend. Da das 2G-Netz seit den 1990er Jahren existiert, ist auch die Netzabdeckung entsprechend dicht. So kann es sein, dass du im Gelände zwar keinen 4G-Netzempfang mehr hast, sehr wohl aber einen 2G-Netzempfang.

Vor- und Nachteile der verschiedenen Standards im Vergleich

• Narrowband-IoT ist hervorragend geeignet für geringe Datenübertragungen und punktet mit seiner hohen Batterielaufzeit und Gebäudedurchdringung. Werden zum Beispiel Maschinendaten in einem städtischen Gebiet übertragen, dann ist Narrowband-IoT ideal. Denn eine Maschine steht im Keller eines städtischen Industriegebäudes mit dicken Stahlbetonwänden. Die Verbindung wird einmal aufgebaut, die Maschinen bewegen sich geographisch nicht und können Daten wie Maschinentemperatur oder Füllstände lückenlos übertragen.
• LTE-M eignet sich sehr gut für das Tracking in Echtzeit und ermöglicht eine Sprachübertragung. Der Energieverbrauch ist immer noch niedrig, wenngleich nicht so niedrig wie der von NB-IoT. Auch wenn Gegenstände in Gebäuden stehen, funktioniert das Tracking gut.
• SigFox und LoRa können in Sachen Netzabdeckung nicht mit NB-IoT mithalten, haben aber ebenfalls Vorteile, angefangen damit, dass keine Gebühren für Frequenzbänder anfallen und die Daten bei LoRa fest in eigenen Händen sind. SigFox eignet sich auch für das Tracking an Orten, an denen die Netze entsprechend ausgebaut sind.
• 2G wird, im Bereich des Echtzeit-Tracking von bewegenden Objekten in Zukunft von LTE-M abgelöst werden. Aktuell punktet der Standard aber gegenüber LTE-M und NB-IoT mit einer besseren Netzabdeckung. Das gehört zu den entscheidenden Anforderungen beim Tracking für den Diebstahlschutz.

Darum eignet sich Narrowband-IoT nicht zum Tracking eines Fahrrads oder E-Bikes

Es gibt zwei zentrale Gründe, warum NB-IoT beim GPS-Tracking zum Diebstahlschutz nicht erste Wahl ist:

Daraus folgt: Für das E-Bike Tracking ist NB-IoT nicht geeignet, im Gegensatz zu LTE-M und 2G.

Übertragungstechnologien im Vergleich

Fahrrad- und E-Bike-Tracking: 2G als optimale Technologie

Oldie but Goodie: Es gibt gute Gründe, warum PowUnity aktuell auf 2G als Funkstandard für das GPS-Tracking von E-Bikes oder Motorrädern setzt:

• Kein anderer Standard, weder NB-IoT noch LTE-M erreicht bis heute im Jahr 2021 eine vergleichbare Netzabdeckung – ob in Deutschland und im europäischen Ausland. Egal wohin Diebe dein Bike transportieren, mit 2G hast du optimale Chancen, es aufzuspüren.
• Die Datenübertragungsrate von 2G ist gering, das spielt aber für das Tracking keine Rolle. Denn hier werden ohnehin nur kleine Datenmengen versendet.
• 2G ist auch vollkommen ausreichend, um vernetzte Objekte in Gebäuden zu tracken. Wenn ein Dieb dein E-Bike in einen Keller oder ein Lagergebäude bringt, ist das also kein Hindernis.

Fazit: Narrowband-IoT (NB-IoT) ist der Standard der Zukunft für stationäre Anwendungen

Narrowband IoT hat viele Vorteile als Technologie für das Internet of Things, angefangen bei seinem geringen Energieverbrauch bis hin zu der Verwendung des lizensierten Frequenzspektrums und vorhandener Netzwerkinfrastruktur.

Dementsprechend wird der Funkstandard bei der zunehmenden Vernetzung von Gegenständen im alltäglichen Leben eine prominente Rolle spielen.

Allerdings gibt es Einsatzbereiche, für die NB-IoT weniger geeignet ist als Technologien wie LTE-M oder aktuell noch 2G. Dazu gehört das Echtzeit-Tracking mobiler Gegenstände. Wegen der vergleichsweise hohen Latenzen und der Tatsache, dass sich vernetzte Geräte jedes Mal neu einwählen müssen, wenn Sie in eine neue Mobilfunkzelle wechseln, wird sich das auch in Zukunft nicht ändern.

Der BikeTrax GPS-Tracker nutzt die 2G-Technologie zum Schutz deines E-Bikes. Diese ist derzeit am besten für diesen Zweck geeignet.

PowUnity setzt deshalb nicht auf NarrowBand IoT, sondern auf 2G. So profitierst Du beim GPS-Tracking von lückenloser Netzabdeckung und der Übertragung des Standortes in Echtzeit – beste Voraussetzungen dafür, dass du dein gestohlenes E-Bike jederzeit ausfindig machst und mit Hilfe der Polizei zurückbekommst. Wenn das Netz für LTE-M bzw. LTE-CAT M1 soweit fortgeschritten ist – aber erst dann – werden auch wir wechseln, damit du konstant in den Genuss der besten Technologie kommst. NB-IoT, Sigfox und LoRa überlassen wir mit gutem Gewissen anderen Anbietern.