NB-IoT vs. LoRa vs. LTE Cat M1 oder welche der Technologien ist die Beste?

Eines sei vorweg verraten: Keine der Technologien ist die Beste.

NB-IoT, LoRa und LTE Cat M1 sind Mobilfunktechnologien, die sich im Zusammenhang mit IoT Produkten verstärkt Beliebtheit erfreuen. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die drei Technologien, deren Gemeinsamkeiten, Unterschiede sowie die Einsatzgebiete, für die sie prädestiniert sind.

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© Gerd Altmann / Pixabay

Was haben die Technologien gemeinsam und für welche Anwendungen eignen sie sich besonders?

Alle drei Technologien gehören zu der Kategorie der Low Power Wide Area Netzworks (LPWAN). Wie der Name bereits sagt, handelt es sich dabei um energieeffiziente Funkübertragungstechnologien. Deshalb eigenen sich NB-IoT, LoRa und LTE Cat M1 sehr gut für batterie- und akkubetriebene IoT Produkte und Sensoren. Bis zu 10 Jahre Laufzeit werden abhängig vom Betriebsmodus wartungsfrei erreicht.

Ein großer Vorteil, der mit der niedrigen Trägerfrequenz und den Übertragungsverfahren beziehungsweise Modulationsverfahren zusammenhängt, ist die hohe Durchdringung. Es ist möglich durch dicke Wände aus Kellern, Tiefgaragen oder einem Abwasserkanal heraus Daten zu übertragen.

Im Freifeld, also dort wo sich dem Funksignal keine Hindernisse in den Weg stellen, liegt die Reichweichte sogar bei einigen Kilometern. Im Vergleich zu Bluetooth, WiFi, RFID oder ZigBee ist die Reichweite bei NB-IoT, LoRa und LTE-Cat M1 damit sehr hoch.

Eine Einschränkung ist bei allen drei Technologien die geringe Datenmenge, die übertragen werden kann. Hier unterscheiden sich NB-IoT und LoRa von LTE Cat M1. Bei NB-IoT und LoRa werden die Daten in Form von sogenannten Messages übertragen. Bei LTE Cat M1 beträgt der Durchsatz hingegen einige Mbit/s, also etwa 25-mal so viel. LTE Cat M1 bietet zusätzlich niedrige Latenzen, Sprachtelefonie (VoLTE) und Mechanismen, um die Übertragung von Daten zu garantieren (hoher Quality of Service). Aus Anwendungssicht kann LTE Cat M1 mit 2G verglichen werden.

Typische Anwendungen für LoRa und NB-IoT sind Smart Meter, Flottenmanagement oder Wearables – also Anwendungen aus dem Bereich „Massive“ IoT. Es handelt sich dabei um unkritische Anwendungen mit geringen Datenmengen. Eventuelle Ausfälle oder verlorene Datensätze haben hier eine geringere Relevanz.

LTE Cat M1 kommt im Gegensatz dazu speziell im Bereich „Critical“ IoT zur Anwendung. Beispielsweise in der Straßenverkehrssicherheit, Verkehrsüberwachung und in der Luftfahrt – überall dort wo eine Online-Verbindung benötigt wird. Eine sichere, zuverlässige Übertragung muss bei diesen Anwendungen unbedingt gewährleistet sein.

Welche Unterschiede gibt es im Hinblick auf die benötigte Infrastruktur?

LTE Cat M1 und NB-IoT stellen eine Erweiterung des LTE-Netzes dar und sind bereits im 5G Standard verankert. Die Technologien funken auf einer Trägerfrequenz von 800 MHz im lizensierten Bereich und unterliegen dem Mobilfunkstandard 3GPP. Einer der Vorteile von NB-IoT und LTE Cat M1 ist, dass die Technologien durch ein Update der bestehenden Mobilfunknetze zur Verfügung stehen. Es ist also keine eigene Infrastruktur notwendig.

LoRa wird auf der Frequenz 868 MHz im lizenzfreien Band betrieben und ist daher sehr kostengünstig. Die notwendige Infrastruktur, dazu gehören die Basisstationen der LoRa Anwendungsserver etc., können sogar privat als Insellösung installiert werden. Damit wird Langzeitverfügbarkeit gewährleistet. So wie in vielen Ländern gibt es jedoch auch öffentliche LoRa Netzwerke, die genutzt werden können. In Österreich betreibt z.B. das Unternehmen SENS ein LoRa Netzwerk.

LoRa unterliegt dem Standard der LoRa Alliance. Durch die Standardisierung sind beliebige bereits am Markt verfügbare LoRa Sensoren/Produkte mit der Netzinfrastruktur kompatibel.

IoT - Drei Ebenen - Produkt, Konnektivität, Cloud

Welche Technologie ist die beste Technologie?

Wie eingangs bereits verraten, kann keine der drei Technologien als besser oder schlechter bewertet werden. Vielmehr muss die Frage lauten „Mit welcher Technologie kann ich mein IoT-Produkt oder meinen Use Case am besten realisieren?“. Denn nur wenn die Technologie die Anforderungen des Produkts erfüllt, entsteht am Ende ein Produkt, das für den Markt beziehungsweise den Kunden einen Mehrwert liefert. Die Grundsteine für den Erfolg des Produktes werden somit schon in der Konzeptionierung gelegt. Das Microtronics DigiTeam stellt die richtigen Fragen, um gemeinsam mit den Kunden die passende Technologie zu wählen.

Exemplarische Fragestellungen zur Wahl der optimalen Übertragungstechnologie

  • In welchen Ländern, Regionen kommt das Produkt zum Einsatz?
  • Handelt es sich um ein mobiles oder stationäres Produkt?
  • Welche Daten müssen wie oft vom Produkt übertragen werden?
  • Wie lange ist die angestrebte Lebenszeit des Produktes?
  • Wer nimmt das Produkt in Betrieb und wie sieht der Installationsprozess aus?

In zwei stark vereinfachten Beispielen sehen Sie welche Überlegungen und Argumente zur Wahl der jeweiligen Übertragungstechnologien führen könnten.

Beispiel 1: Feldkamera

Frage 1: In welchen Ländern, Regionen kommt das Produkt zum Einsatz?

Die Feldkamera wird am internationalen Markt verkauft. Bei der Produktion weiß der Hersteller noch nicht genau in welches Land die Feldkamera verkauft wird und wo sie betrieben werden wird.

Frage 2: Handelt es sich um ein mobiles oder stationäres Produkt?

Das Produkt wird fix an der Messtelle aufgestellt. Mit relativ geringem Aufwand kann die Kamera an einem anderen Ort beziehungsweise Feld montiert und betrieben werden. Beispielsweise kann eine Feldkamera zuerst auf einem Erdbeerfeld moniert werden und nach der Saison Kürbisse auf einem anderen Feld überwachen.

Frage 3: Welche Daten müssen wie oft vom Produkt übertragen werden, damit es einen echten Mehrwert für den Kunden liefert und das Geschäftsmodell funktioniert?

Die Feldkamera zeichnet stündlich klimatische Daten (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag) auf. Einmal pro Tag wird ein Bild gemacht. Täglich wird das Bild gemeinsam mit den Klimadaten an den Server übertragen.

Mögliche Applikationen mit D-Eye und Fieldeye

Die Antworten auf diese drei Fragen führen zur Wahl von LTE Cat M1 als Übertragungstechnologie. Mit LTE Cat M1 wird Roaming, also die Verwendung der Technologie über Ländergrenzen hinweg angeboten. Außerdem können größere Datenmengen, wie Bilder, übertragen werden.

Beispiel 2: Asset Tracking am Firmengelände

Frage 1: In welchen Ländern, Regionen kommt das Produkt zum Einsatz?

Das Produkt wird ausschließlich am eigenen Firmengelände im Waldviertel eingesetzt. Die Cloud wird im eigenen IT-Center betrieben.

Frage 2: Welche Daten müssen wie oft vom Produkt übertragen werden, damit es einen echten Mehrwert für den Kunden liefert und das Geschäftsmodell funktioniert?

Die Position des Produkts am Firmengelände soll regelmäßig übertragen werden. Beim Verlassen eines definierten Bereichs soll zudem eine Meldung an den Server übertragen werden.

Location Based Services

LoRa kann als private Infrastruktur aufgebaut und vom Kunden selbst betrieben werden. Ein derartiges privates Netz bietet sich in diesem Fall an. Alternativ könnte auch NB-IoT, falls eine Netzabdeckung in diesem Gebietet gegeben ist, eingesetzt werden.

1,2 oder 3 – Welche Technologie ist für Sie die richtige?

Möchten Sie eine Internet of Things Anwendung mit LPWAN Technologien realisieren? Benötigen Sie Unterstützung bei der Wahl der richtigen Technologie?

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