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5G, NB-IoT oder LoRa: Welche Funk-Kandidaten eigenen sich für die smarte Fabrik?

Klaus-Dieter Walter SSV Software Systems GmbH, Hannover kdw@ssv-embedded.de

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Agenda

Welche Verbindungen sind in einer IIoT-Umgebung zu erwarten?

Was davon ist Wired und was Wireless? Was ist 5G, NB-IoT und LoRa? Wie sieht ein LPWA Use Case aus und was ist zu beachten?

Fragen und Antworten …

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IIoT-Verbindungen …

Die IIoT-Kommunikationsbeziehungen orientieren sich nicht mehr an einer hierarchisch organisierten Pyramidenstruktur …

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IIoT-Verbindungen …

Anwendungsbeispiel: Digitales Geschäftsmodell – Automatisierungs-baugruppe mit Verfügbarkeitsgarantie (z. B. Kompressor) …

Wired: OT IT und von dort aus CT … Probleme: 1. Vollständig getrennte IP-Netze ... 2. Zonen gem. IEC62443 3. Zuständigkeiten …

Wired: OT direkt CT (2G/3G/4G WWAN, LPWA) …

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5G …

Ericsson 5G Demo auf dem MWC 2015: Speedtest mit 3500 MBit/s. (LTE-Vergleich: 96 Mbit/s). Geschwindigkeit ist das Maß der Dinge …

Quelle: Huawei 5G HyperService Cube, siehe auch http://www.lte-anbieter.info/5g/

Quelle: Volkmar Sterzing, Vortrag auf dem KI-, Stuttgart, Mai 2018

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Unlicensed LPWA ./. Licensed LPWA …

Die Innovationen sind im Low Power Wide Area Bereich zu finden, z. B. Enhanced Coverage Mode in den lizenzpflichtigen Frequenzen … Licensed LPWA: Infrastruktur durch Telekom, Vodafone, O2 … Unlicensed LPWA: Infrastruktur selber bauen oder z. B. Swisscom, KPN u.a. … Vorsicht bei den Angaben zu Tarifen und zur Batterielebensdauer …

• NB-IoT: 10 Euro für 10 Jahre, 500 Mbyte fix (1NCE), 500 KByte im Monat ... • Typ. Sensordaten: NB-IoT (232 mWs), LoRa (557 mWs), 2G/3G/4G (>> 1Ws)

Quelle: Telekom Whitepaper zu NB-IoT aus Oktober 2017

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NB-IoT …

Ein NB-IoT-Verbindung unterscheidet sich in vielen Details von den bisher bekannten 2G/3G/4G-Mobilfunkverbindungen …

Fazit: Viele bewährte Automatisierungs- und Fernwirkprotokolle sind über eine NB-

IoT-Verbindung nicht einsetzbar …

Quelle: NB-IoT-Seminar der Telekom, Berlin, 27.9.2017

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LoRa …

LoRa ist ein patentiertes (EP2763321 aus 2013 und US7791415 aus 2008) Spread-Spectrum-Funk-Modulationsverfahren …

Vorteile: Abgesehen von den Patenten „offen“, ISM-Frequenzen, Komponenten einzeln nutzbar,

sehr große Unterstützergemeinde (siehe z. B. https://www.thethingsnetwork.org/labs/) …

Quellen: http://lora-alliance.org/ und http://www.libelium.com/

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LPWA Use Case: Monitoring …

Antwort auf die Frage Kann man mit sowenig Bandbreite bzw. Daten-durchsatz überhaupt etwas sinnvolles anfangen? …

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LPWA Use Case: Monitoring …

Nutzen Sie den Pub/Sub-Gedanken (Pub-Anteil): Übertragen Sie nur dann Zustandsdaten, wenn sich wirklich etwas verändert hat (Sen-sordaten vorher entsprechend glätten oder vor Ort aufbereiten, z. B. eine FFT für Vibrationsdaten durchführen Spektrum übertragen) … Organisieren Sie die Daten in Zeitreihen (Time Series). Sie können dann im nachhinein per Resampling periodische Daten erzeugen …

Sensordaten: 1.319 Datenpunkte Sensordaten: 89 Datenpunkte (Resampling auf 15 Minuten)

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LPWA Use Case: Monitoring …

Orientieren Sie sich an den AMA-Ideen (Studie Sensor Technologien 2022) und nutzen Sie moderne Machine Learning-Algorithmen …

NB-IoT, LoRa …

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Weitere Informationen …

Narrowband IoT: Wikipedia Guter Einstieg mit weiteren Links, u. a. 3GPP White Paper zum Thema …

Semtech: Das hinter LoRa stehende US-Halbleiter-Unternehmen …

LoRa Alliance: Semtech plus Unterstützer… Haben einen LPWA-De-facto-Standard für ISM-Frequenzen und somit Wettbewerb zu den Telkos geschaffen!

Fachbeitrag LoRaWAN als Alternative zu 5G und NB-IoT: Technische Details plus Vergleich der Technologien …

Die gesamte Industrie ist gefordert in der Süddeutschen Zeitung v. 27.2.2028 ...

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Zusammenfassung & Ausblick

Automatisierungspyramide wird durch Kommunikations-Domains (z. B. OT-, IT- und CT-Domain) in der Smart Factory ersetzt …

Verbindungen zwischen OT- und CT-Domain erfolgen in Zukunft per Wireless Wide Area Network Access (WWAN/LPWA) … Viele Baugruppen und Systeme bringen demnächst die erforderliche WWAN/LPWA-Verbindung gleich mit … NB-IoT und LoRa sind keine weiteren Varianten des mobilen Inter-nets. Sie bieten eine geringe Bandbreite (Datendurchsatz) … Wir sind bisher sehr verschwenderisch mit (z. T. nutzlosen) Daten umgegangen. Wir brauchen sehr viel intelligentere Sensoren …

Gibt es Fragen?

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.