Sigfox, LoRa – Unabhängige Funknetze für den Datenaustausch? Das steckt dahinter!

Wenn von Übertragungstechnologien im Internet of Things die Rede ist, fallen neben LTE-M und NB-IoT oft die Begriffe SigFox und LoRa. Beide LPWAN-Technologien sind nicht neu, aber anders als die anderen.

Vor allem unterscheiden sie sich in einem zentralen Punkt von der Konkurrenz: Sie verwenden das unlizensierte Frequenzspektrum. Das hat Vor- und Nachteile.

IoT, LoRa, SigFox: Definitionen und Eigenschaften

Was bedeutet IoT?

Vom Internet der Dinge spricht man, wenn Geräte oder Maschinen so miteinander vernetzt sind, dass sie Daten austauschen und teilweise auf Basis dieser Daten Aktionen ausführen. Ein bekanntes Beispiel dafür sind Smart-Home-Technologien. Dabei misst zum Beispiel ein Sensor die Temperatur und sendet die Messdaten an einen Thermostaten. Dieser regelt, abhängig von den Informationen, die er erhält, die Heizung herauf- oder herunter.

Einen Schritt weiter geht die sogenannte Smart City, in der sich beispielsweise Straßenlaternen aus der Ferne steuern lassen. In der Industrie werden Maschinen vernetzt, um Produktionsabläufe zu optimieren. Auch das Tracking mobiler Gegenstände mittels GPS fällt in den Bereich IoT beziehungsweise M2M (Machine2Machine). Schon heute spielt das Internet der Dinge eine wichtige Rolle in vielen modernen Gesellschaften. In der Zukunft wird seine Bedeutung wohl noch zunehmen.

Damit dieser Datenaustausch funktioniert, ist neben Bestandteilen wie Sensoren, Devices und Servern eine Übertragungstechnologie notwendig. Genauer gesagt sind es mehrere.

Übertragungstechnologien für IoT-Anwendungen – was SigFox und Lora gemeinsam haben

SigFox und LoRa sind Übertragungstechnologien, die im Internet der Dinge zum Einsatz kommen, um Geräte zu vernetzen und Daten zu transportieren. Sie werden oft in einem Atemzug genannt, weil sie viel gemeinsam haben.

• Beide gehören zu den Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Das heißt, sie haben einen geringen Energieverbrauch und eine hohe Reichweite, können aber nur geringe Datenmengen transportieren. Damit unterscheiden sie sich von Bluetooth, EnOcean oder WLAN, die vor allem im Smart-Home-Bereich verwendet werden, um Beleuchtungen, Heizungen oder Entertainment-Produkte auf kurze Entfernungen zu vernetzen.
• Außerdem nutzen LoRa und Sigfox freie Frequenzbänder. Für diese fallen keine Lizenzgebühren und keine Roaminggebühren an. Das heißt nicht, dass die Nutzung immer umsonst ist, je nachdem, wer die benötige Infrastruktur bereitstellt. Aber in aller Regel ist sie günstig.

Neben diesen Gemeinsamkeiten gibt es einige Unterschiede.

Weit verbreitet und vielseitig – Was ist SigFox?

Hinter SigFox steht das gleichnamige französische Unternehmen, das 2009 gegründet wurde. Es vermarktet sein “0G-Netz” stolz als “the world largest IoT network”.Um eine hohe Abdeckung zu erreichen, arbeitet SigFox mit lokalen Netzbetreibern in verschiedenen Ländern zusammen, und das sehr erfolgreich. Nach eigenen Angaben erreicht der Standard in Deutschland eine Abdeckung von 90 Prozent und steht in 72 Ländern zur Verfügung. Einige große Unternehmen setzen die Technologie zum Beispiel für das Tracking von Gütern ein.

Ein Vorteil dabei: Weil keine Frequenzkosten anfallen, ist der Betrieb sehr günstig. Allerdings beschränkt SigFox die Datenübermittlung auf 140 Datenübermittlungen täglich und 12 Byte pro Nachricht. Außerdem müssen sich Kunden neue Hardware anschaffen, wenn sie den Anbieter wechseln. Schließlich gibt es weitere potenzielle Nachteile, auf die wir gesondert eingehen.

Unabhängige Netzwerke für den Datenaustausch – Was ist LoRa?

LoRa ist ein Kürzel für “Long Range”. Entwickelt wurde die Technologie von Semtech aus Kalifornien, verbreitet wird sie von der LoRa Alliance, einer gemeinnützigen Organisation, die mittlerweile aus rund 500 Unternehmen besteht.

 Wie SigFox richtet sich LoRaWan an Nutzer, die Geräte über große Entfernungen vernetzen und kleine Datenpakete versenden wollen. Allerdings müssen sie in diesem Fall eine eigene Infrastruktur aufbauen beziehungsweise mit lokalen Anbietern kooperieren. Darum kommt der Standard bevorzugt in räumlich begrenzten Gebieten zur Anwendung.

Ein potenzieller Vorteil von LoRa besteht in einer hohen Datensicherheit. Mit einem eigenen LoRaWan-Netz kannst du sicherstellen, dass kritische Daten nicht nach außen gelangen. Du hast ein in sich geschlossenes System. Wenn du deine Infrastruktur komplett selbst aufbaust, musst du auch für den Betrieb nichts zahlen.

Interessant zu wissen: In Zusammenhang mit LoRaWan fällt oft die Bezeichnung “offen”. Ganz korrekt ist dies nicht, denn für ein solches Netzwerk brauchst du den zugehörigen Chip von “Semtech”. Du bist also auch mit LORaWan abhängig von einem Anbieter. Dazu kommt die Abhängigkeit von einer bestimmten Hardware. Die ist bei Übertragungstechnologien, die das unlizensierte Frequenzspektrum nutzen, in der Regel stärker ausgeprägt.

Für diese Anwendungen sind Sigfox und LoRa geeignet

Ob NB-IoT, SigFox, LoRa oder LTE-M, jeder LPWAN-Funkstandard ist für andere Anwendungen geeignet.

Anwendungen für SigFox

SigFox ist eine sehr vielseitige Technologie. Zur Anwendung kommt sie unter anderem in folgenden Bereichen:

• Smart City: Mithilfe einer Kombination von SigFox und Sensoren lassen sich Messwerte, zum Beispiel zur Luftfeuchtigkeit oder Temperatur sammeln und Wasseranlagen aus der Ferne überwachen.
• Versorgung: Versorgungsunternehmen setzen zunehmend auf das sogenannte Smart Metering. Das bedeutet, dass Zähler Daten zum Verbrauch direkt an den Versorger übertragen. Das aufwendige Ablesen entfällt. In diesem Bereich punktet SigFox mit hohen Sicherheitsstandards und einer guten Gebäudedurchdringung. Schließlich sollen Daten zum Stromverbrauch nicht jedem in die Hand fallen und befinden sich Zähler gerne einmal im Keller.
• Smart Farming: Auch in der modernen Landwirtschaft kommen Sensoren und Funkstandards zum Einsatz, um Daten zu messen und zu übertragen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Daten zur Bodenfeuchte oder Temperatur. Landwirte können auf Basis dieser Daten Arbeitsabläufe optimieren, Kosten senken und den Einsatz von Düngemitteln reduzieren. In diesem Zusammenhang spricht man von Smart Farming.
• Tracking: Schließlich setzen Unternehmen SigFox für das Tracking von Gütern oder Koffern ein. Allerdings ist der Standard in diesem Zusammenhang nur eine gute Wahl, wenn einige Voraussetzungen erfüllt sind. So ermöglicht SigFox kein Echtzeit-Tracking.

Anwendungen für LoRa

Auch ein LoRaWan-Netzwerk bietet sich für Smart-City-Zwecke an, zum Beispiel für

• Füllstandsmessungen von Mülleimern
• Messung von CO₂-Gehalt, Temperatur und Luftfeuchte
• Einsatz von Parksensoren für die Parkplatzsuche

Innerhalb großer Gebäude ergänzt die Technologie zum Beispiel WLAN. Denn als Low Power Wide Area Network hat sie die erforderliche Reichweite, um Daten vom Keller bis in den 10. Stock und zurück zu transportieren.

Außerdem punktet sie mit einer guten Gebäudedurchdringung. Das heißt, dass sie sich auf dem Weg zwischen Keller und 10. Stock nicht von dicken Wänden stören lässt. Deshalb bietet sich ein LoRaWan-Netzwerk auch an, wenn du Daten in einer Industriehalle transportieren willst.

Du willst mehr darüber wissen, wo die Technologie erfolgreich eingesetzt wird? Use Cases für LoRaWan findest du auf der Webseite der LoRa Alliance.

Wichtig: Die Nutzung freier Frequenzen bei der Datenübertragung hat zwar Kostenvorteile. Allerdings ist gesetzlich vorgeschrieben, dass kein Device mehr als 1 % des Frequenzbandes auslasten darf. Darum eignen sich Standards, die das unlizensierte Frequenzspektrum nutzen, nicht für Notruftechnologien.

Zusammenfassung

Du siehst, in Sachen Use Cases gibt es viele Überschneidungen zwischen SigFox und LoRa. Trotzdem unterscheiden sich beide in zentralen Aspekten.

Was Sigfox LoRa voraushat, ist vor allem der Umstand, dass es auf bestehender Infrastruktur aufbaut. Allerdings kann das auch ein Nachteil sein. Vor allem, wenn Unternehmen oder Organisationen sehr sensible Daten transportieren, hat ein in sich geschlossenes LoRaWan-Netzwerk Vorteile.

NB-IoT, LTE-M: Vergleich mit anderen Technologien

Neben LoRa und SigFox geben zwei neue LPWAN-Standards im Internet der Dinge den Ton an: Narrowband-IoT und LTE-M. Beide nutzen das lizensierte Frequenzspektrum und beide zeichnen sich durch eine hohe Netzabdeckung ab. Große Technologieunternehmen am Markt treiben ihren Ausbau gezielt voran.

SigFox und LoRa im Vergleich mit NB-IoT

NB-IoT beziehungsweise Narrowband-IoT wurde vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP) entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Kooperation von Standardisierungsgremien weltweit. Wie SigFox und Lora wurde der Standard als LPWAN speziell für IoT ins Leben gerufen.

Zu den zentralen Eigenschaften von NB-IoT gehören die folgenden:

• Hohe Reichweite
• Geringe Bandbreite
• Niedriger Energiebedarf
• Hohe Gebäudedurchdringung, auch ohne zusätzliche Geräte wie einem speziellen Gateway

Kommt dir bekannt vor? Tatsächlich ähnelt NB-IoT in vielerlei Hinsicht SigFox. Auch dieser Standard wird gerne für Smart-City-Netzwerke, zum Auslesen von Füllständen oder für mobile Anwendungen verwendet.

Die zentralen Unterschiede zwischen LoRa, SigFox und NB-IoT sind folgende:

• Da NB-IoT auf dem LTE-Netz aufbaut, punktet es mit einer hervorragenden Netzabdeckung. Das gilt auch für das Ausland. Falls Narrowband-IoT in einer Region nicht verfügbar ist, können viele Module ersatzweise auf 2G/3G- oder LTE-M-Funknetze zurückgreifen. Roaming mit LoRaWan-Netzwerken ist dagegen sehr schwierig, mit SigFox eingeschränkt möglich.
• Die Übertragungsqualität profitiert ebenfalls davon, dass NB-IoT lizensierte Netze nutzt.
• NB-IoT hat eine höhere Gebäudedurchdringung als Sigfox und LoRa.
• Der Energieverbrauch von Narrowband-IoT ist sehr gering.

NB-IoT ist für kleine Datenmengen ausgelegt. Diese sind allerdings groß genug, um beispielsweise Firmware-Updates an einem Modul durchzuführen.

SigFox und LoRa im Vergleich mit LTE-M

LTE-M ist ein Low Power Wide Area Netzwerk, das ebenfalls auf dem LTE-Netz basiert.

Es zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• große Reichweite
• gute Gebäudedurchdringung
• geringer Energieverbrauch
• geringe Latzenzzeit
• ermöglicht auch die Übertragung mittlerer Datenpakete

Im direkten Vergleich hat LTE-M ähnliche Vorteile gegenüber SigFox und LoRa wie NB-IoT. Hinzu kommt ein weiterer Aspekt: Als einzige bisher genannte Technologie eignet es sich für das Echtzeit-Tracking mobiler Gegenstände.Das liegt an zwei Eigenschaften:

• Geringe Latenzzeit: Echtzeit und hohe Latenzen schließen sich aus. Mit LTE-M ist es möglich, zu erfassen, wo sich ein Gerät in einem bestimmten Moment befindet. Wenn Du SigFox oder NB-IoT verwendest, musst du mit Verzögerungen leben.
• Handover: Das sogenannte Handover kommt zum Tragen, wenn vernetzte Geräte von einer Mobilfunkzelle in eine andere wechseln. LTE-M hält in diesem Fall die Verbindung aufrecht. Bei anderen Technologien müssen sich Geräte jedes Mal neu einwählen, was wiederum für Verzögerungen sorgt.

Durch diese Voraussetzungen wird LTE-M gerne für mobile Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel zur Lieferkettenverfolgung. Hinzu kommt, dass mit LTE-M Sprachübertragungen möglich sind. Darum eignet sich der Standard für Notrufsysteme, beispielsweise in Aufzügen.

Einziger Nachteil zum gegenwärtigen Zeitpunkt: Noch ist die Netzabdeckung von LTE-M sowie auch bei NB-IoT nicht vergleichbar mit der älteren ausgebauten G2-Technologie. Vor allem in ländlichen Gegenden müssen Nutzer mit Lücken rechnen, die sich beim Tracking negativ bemerkbar machen.

Eignen sich SigFox und LoRa für das E-Bike-Tracking?

SigFox und LoRa beziehungsweise LoRaWan haben ihre Berechtigung und können je nach Anwendung eine echte Alternative zu anderen Standards sein. Vor allem LoRaWan wird von vielen Anbietern am Markt weniger als Konkurrenz denn als Ergänzung zu Standards mit lizensierten Frequenzbändern angesehen.

Aber wie sieht es mit dem Tracking zum Diebstahlschutz aus?Hier eignen sich beide aufgrund folgender Nachteile nur bedingt:

Das bedeutet: SigFox und LoRaWan-Netzwerke lassen sich einsetzen, um mobile Devices zu tracken, allerdings nur, wenn eine lückenlose Übertragung in Echtzeit nicht entscheidend ist. Willst du Kunden in regelmäßigen Abständen mitteilen möchtest, wo sich z. B. ihr Koffer befindet, kann SigFox eine Alternative sein. Willst du ihnen die Möglichkeit geben, ein gestohlenes Fahrrad oder E-Bike aufzuspüren, ist diese Lösung nicht optimal.

Trotzdem gibt es Anbieter, die SigFox oder LoRaWan für den Diebstahlschutz einsetzen. Wir raten dir von einem solchen System ab. Schließlich gibt es eine Alternative, die dir zuverlässig verrät, wo sich dein Fahrzeug jetzt gerade befindet.

2G Technologie: Noch der beste Standard für das GPS-Tracking als Diebstahlschutz

Wenn weder SigFox noch LoRa beziehungsweise LoRaWan für das GPS-Tracking von E-Bikes geeignet sind, was ist dann die richtige Lösung?

Aktuell ist es eine Technologie, über die wir noch nicht gesprochen haben: 2G. Dieser Standard ist ein echter “Oldie”. Schließlich gibt es ihn seit den 90er-Jahren. Dadurch ist er in Sachen Netzabdeckung (noch) allen anderen Funktechnologien im IoT-Bereich voraus. Dass sich mit 2G nur sehr kleine Datenpakete übertragen lassen, spielt für das GPS-Tracking von Fahrzeugen keine große Rolle.

Deshalb setzt PowUnity mit ihrem BikeTrax GPS-Tracker für E-Bikes auf 2G – für Sicherheit und Echtzeit-Tracking ohne Kompromisse und Diebstahlschutz ohne Lücken.

Fazit – LoRa und Sigfox

Letzten Endes lässt es sich 2021 schwer vorhersagen, welche Rolle LoRa von Semtex und SigFox im Internet der Dinge in Zukunft spielen werden.

Beide haben Vorteile, angefangen bei niedrigen Kosten bis zu der Möglichkeit, ein eigenes Netzwerk für (kritische) Daten aufzubauen. Beide werden erfolgreich für unterschiedliche IoT-Anwendungen genutzt, von Smart Cities bis hin zum Tracking in der Logistik-Branche und Vernetzungen in der Landwirtschaft. Teils ergänzen sie andere Low Power Wide Area Networks mit ihren spezifischen Eigenschaften. Auch hat jeder Standard seine eigene Lobby wie beispielsweise die LoRa Alliance und seine eigenen Fans.

Es gibt aber ohne Zweifel gravierende Nachteile im Vergleich mit LPWAN-Konkurrenten wie NB-IoT oder LTE-M. Dazu gehört, dass die Netzabdeckung eingeschränkt ist, die Übertragung teilweise störungsanfällig und die Hardware bei einem Anbieterwechsel in der Regel ausgetauscht werden muss.

Für das Tracking von E-Bikes als Diebstahlschutz kommt weder SigFox noch LoRa nicht in Frage. Denn speziell in diesem Bereich sind Faktoren wie eine hohe Netzabdeckung. Echtzeit-Tracking und geringe Latenzen entscheidend – zumindest wenn du bei der Nachverfolgung keine Kompromisse eingehen willst. Dass sich das einmal ändert, ist fraglich.