Das Sigfox-Netz

Datentransfer weltweit ohne Roaming-Gebühr

Ein Funknetz extra für die Anbindung von IIoT-Geräten will das Sigfox-Netz sein. Das Besondere dabei ist, dass nach dem Erwerb der Geräte keine laufenden Kosten für Datenübertragung und weltweites Roaming anfallen. Der Wermutstropfen: Das maximal übertragbare Datenvolumen schränkt die Nutzungsmöglichkeiten ein. Doch für viele Anwendungen reicht es allemal.

Das Sigfox Netz ist ein sogenanntes Low Power Wide Area Netz (LPWAN), das Funkdaten von Geräten auch dann noch empfangen kann, wenn diese mehrere Kilometer vom nächsten Funkmast entfernt sind. LPWA-Netze sind daher eine Alternative zu Mobilfunkverbindungen, die eine begrenztere Zellenreichweite aufweisen. Innerhalb des LPWA-Netzwerkes können Daten ohne ‚Handshake‘ der Geräte gesendet werden. Seitens des Netzbetreibers werden für die Nutzung des LPWANs zudem keine Nutzungsentgelte erhoben. Der Gerätehersteller zahlt die gewünschten Verbindungen vielmehr beim Erwerb der Device-Lizenz. Da keine Roaming-Gebühren anfallen, kann die Technologie weltweit ohne Zusatzkosten eingesetzt werden. Wie kann die Technologie nun im Maschinen- und Anlagenbau zum Einsatz kommen?

Anwendung der Technologie

Ein Anwendungsfeld sind M2M-Schnittstellen, bei denen über kleine Datenpakete Betriebs- und Zustandsinformationen übertragen werden. Da das Netz bidirektional ist, können auch Nachrichten an die Sigfox-Devices zurückgesandt werden, beispielsweise für Parametrier- und Steuerungsfunktionen. Durch den geringen Energieverbrauch können Sensoren und Aktoren autark an bestehenden Anlagen angebracht werden – eine externe Stromversorgung wird nicht benötigt. Aufgrund der langen Batterielaufzeit können Daten über mehrere Jahre hinweg erhoben werden. Beispielsweise haben so Motorenhersteller die Möglichkeit, ihre Getriebemotoren mit Vibrationssensoren auszustatten, die ihre Daten dann an zentrale Clouds übermitteln. So können sie ihr Predictive Maintenance-Angebot verbessern. Das Datenvolumen sowie die Anzahl der erlaubten Verbindungen ist allerdings begrenzt: Bis zu 140 Nachrichten a 12 Byte Nutzdaten kann ein Device pro Tag senden; bis zu vier Nachrichten können täglich empfangen werden. Dies hat zur Folge, dass die Datenanalyse für ein Alarmmanagement vor Ort bleiben muss (Mist Computing)..

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Kombination mit Mobilfunknetz

Bei einigen M2M-Applikationen werden LPWAN- und Mobilfunknetz kombiniert. Alarm-, Zustands- und Betriebsdaten werden dabei zunächst per LPWAN als Default Setting gesendet. Müssen große Datenmengen ausgetauscht werden, wird eine LTE- oder GSM-Verbindung hergestellt. So können LTE/GSM-Verbindungsentgelte reduziert und die Batterielaufzeit der Geräte erhöht werden.

Gegenstände verfolgen

Ein weiteres Einsatzfeld des Sigfox-Netzes ist die Materiallogistik und dabei im Besonderen die Ortung von Gegenständen. Die Lokalisierung erfolgt durch komplexe Berechnungen und Routinen der empfangen Funksignale im Sigfox Cloud-Backend. Für die Genauigkeit der Ortung werden die Funksingale mit den Standorten der vom Gerät georteten WLAN-Knoten im Cloud-Backend abgeglichen. Die Positionsdaten werden dann an den Anwender übertragen. Die Integration eines Satellitennavigationsempfängers entfällt.

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Mit und ohne GPS

Des Weiteren gibt es Tracker mit integriertem GPS. Die Positionsbestimmung erfolgt dadurch nochmals genauer. Ein angeschlossenes Gerät kann nun alle zehn Minuten seine Position versenden. Bei besonders hohen Anforderungen sind auch Intervalle von 3:20 Minuten möglich. Die Übertragung erfolgt dann ohne Sende-Redundanz. Die Lokalisierung dient dabei auch als Diebstahlschutz: Entfernt sich das entsprechende Objekt vom zugelassenen Standort, kann es geortet werden.

Geräte melden sich bei Bedarf

Bei den genannten Anwendungsfällen ist immer auch die Sicherheit ein Thema. Ein Merkmal der Kommunikationsschnittstelle für Geräte ist dabei, dass über sie eine direkte Ansprache über das Internet nicht möglich ist. Die Kundencloud kann nur über die Geräte-Cloud, die bereits Bestandteil des Sigfox-Netzes ist, mit den Geräten kommunizieren. Ab der Device-Cloud ist die Kommunikation nicht mehr IP-basiert, sondern proprietär und erstreckt sich von der Device-Cloud über die Funkstationen zum Netzwerkteilnehmer – also dem Gerät.. Dadurch ist ein IP-basierte Zugriff auf die Datenquelle nicht möglich. Geräte und Nachrichten werden zudem authentisiert und verschlüsselt. Darüber hinaus besteht eine Verbindung nur, wenn sich die Geräte aktiv melden. Sie sind somit die meiste Zeit offline. Zudem betreibt der LPWAN-Betreiber ein eigenes NOC (Network Operation Center), das das Netzwerk überwachen und durch Firewalls, Virenschutz- und Intrusion Detection Systeme schützen soll.