LPWAN: Sigfox Device Engineering
Neue smarte Welt
Smarte Sigfox-Devices sind ein innovatives Applikationsfeld der Elektronikentwicklung: Mit ihnen lassen sich selbst bodenständige, rein mechanische Produkte wie Baggerschaufeln oder Briefkästen mit einer eigenen IoT-Anbindung versehen. Hersteller wie Efco Electronics haben sich auf die Entwicklung und Fertigung solcher industriegerechter Anbindungen spezialisiert.
(Bild: Efco Electronics GmbH)
Warum werden Baggerschaufeln oder Briefkästen noch nicht mit Highspeed-Internet verbunden? Es ist zu teuer, verbraucht massiv Strom und bringt keinen besonderen Nutzen. Gelegentliches Lowspeed-Internet zu geringen Kosten ist dagegen wirklich sinnvoll. Man könnte viele kleine Nachrichten übermitteln, was quasi keine Energie verbraucht. So ließen sich die Devices über Jahre anbinden, ohne Batterien wechseln zu müssen. Mit den gesammelten Daten ließe sich etwa die Material- und Ersatzteilelogistik verbessern oder ganz neue Services und Geschäftsmodelle wie Pay-per-Use könnten entwickelt werden. Eigentümer einfacher Produkte wollen mitunter nur wissen, ob sie noch da sind, wo sie sein sollten, oder ob sie sich bewegen. Sie wollen sie orten und tracken. Mitunter wollen sie auch einfach nur sporadisch über Ereignisse und Zustände informiert werden, beispielsweise bei Über- oder Unterschreitung eines Messwerts. Und geht es um neue Geschäftsmodelle mit gebrauchsorientierten Entgelten, wollen Geräteanbieter die Betriebsstunden ihrer Geräte möglichst einfach erfassen. Solche Nutzungsmodelle erfordern jedoch keine extrem kurzen Datenzyklen im Mikrosekundenbereich. Nur kritische Nachrichten müssen also unmittelbar übermittelt werden können. Bei Füllständen von Tanks reicht das Erreichen oder Unterschreiten eines Schwellenwerts. Es werden oft nicht viele Daten gebraucht, um ausreichend informiert zu sein und bei Ereignissen mit entsprechenden Maßnahmen reagieren zu können.
Neue Netze gesucht
Diese Anforderungen benötigen ein neues, überall verfügbares und einfach zu nutzendes Netz. Es sollte über Grenzen hinweg weltweit nutzbar sein, um global anwendbare Lösungen entwickeln zu können, denn viele Waren werden in der Regel international vertrieben. Genau für solche Anwendungsbereiche wurde das Low Power Wide Area Netz (LPWAN) Sigfox entwickelt, das das lizenzfreie Ultra Narrow Band (UNB) nutzt. Es bietet für die Sensor-to-Cloud-Kommunikation von Devices aller Art ein eigenes Netz mit Basisstationen -ähnlich dem Mobilfunknetz. Im Gegensatz dazu kennt Sigfox keine aufwendig zu handhabenden SIM-Karten und auch keine Roaminggebühren, denn die Tarife werden global auf Lebenszeit mit der eindeutigen ID für das Devices verkauft. Die Logik für die Funkmodule kostet nur rund 2 Euro.
Zukünftig werden sogar Einwegdevices und Einmalverbindungen möglich, deren Logik weit unter einem Euro kosten soll. Sigfox-Devices haben dabei enorme Reichweite – etwa 3 bis 5km in Ballungszentren und 30 bis 50km in ländlichen Gebieten. Übersee sind sogar bis zu 1.000km möglich. Ende 2018 wird man in Deutschland voraussichtlich selbst an Orten, wo selbst heute noch kein Mobilfunknetz verfügbar ist, mit Sigfox Devices funken können. International ist Sigfox bereits in weiteren 37 Ländern vertreten. Das Ziel des Anbieters ist es, in wenigen Jahren eine weltweite Netzabdeckung zu erreichen, um so globale Services anbieten zu können. Trotz hoher Reichweite zeichnen sich Sigfox-Devices auch durch einen geringen Stromverbrauch aus. Dies liegt darin begründet, dass der in der Mobiltelefonie übliche Handshake entfällt und sich Sigfox-Devices stets eigenständig melden. Es besteht also nur eine Verbindung zum Netz, wenn das Device kommunizieren will. So kann man eine IoT-Anbindung über Jahre und Jahrzehnte mit nur zwei AA-Batterien (Mignon) einrichten und Sigfox-Devices auch sehr klein und leicht auszulegen. Selbst preiswerte Wearables sind mit entsprechend kleineren Batterien kein Problem. Diese Form der bei Bedarf erfolgenden Verbindung mit dem Sigfox-Netz ist für Geräte aller Art ein großer Sicherheitsgewinn, denn diese lassen sich nur extrem schwierig hacken. Ein weiterer Sicherheitsgewinn wird auch dadurch erzielt, dass die Datenkommunikation vom Device bis zu den Sigfox eigenen Cloudservern nicht internetbasiert ist und dass die Sigfox-Cloud durch eine Firewall gegen Hacking geschützt wird.
