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IoT-Anbindung

Ist Sigfox zu limitiert?

16. Oktober 2019, 07:00 Uhr   |  Alexander Lehmann

Ist Sigfox zu limitiert?
© Makaule, Dreamstime

Mit 12 Byte lassen sich 2 hoch 96 unterschiedliche Werte darstellen. Damit ist neben einer Alive-Meldung – die hier zu einer PHP-basierten Nachricht "HELLO WORLD"“ führt – jeder Systemzustand hinreichend präzise beschreibbar.

Das neue, öffentlich verfügbare und weltweit im Ausbau befindliche 0G-Netz von Sigfox ist speziell für IoT-Anbindungen gemacht, ist aber auf 12 Byte pro Nachricht begrenzt. Passt in eine solche Nachricht alles rein, was OEMs brauchen?

Wir sind es nicht mehr gewohnt, Daten zu sparen. Die Bandbreiten wachsen ständig, weshalb heute sauberem HTML-Quellcode oder reinen Textnachrichten kaum mehr Beachtung geschenkt wird. In der Begrenzung der neuen öffentlichen 0G-Netze auf nur wenige Bytes liegt aber enormes Marktpotenzial. Weniger Bytes bedeuten nämlich weniger Energie für die Datenübertragung und weniger Nutzlast kostet auch weniger Geld und schafft zudem im Kommunikationskanal Platz für weitere Teilnehmer. Dies wiederum spart Kosten für die Infrastruktur, sodass man Dienste günstiger anbieten kann. Genau in diesem Low-End-High-Volume-Markt positioniert sich das ultraschmalbandinge 0G-Netz von Sigfox, um all die Dinge an das Internet anbinden zu können, die man bislang nicht anbinden konnte, weil 3G/4G/5G-Breitband zu teuer ist, zu viel Energie benötigt und global auch nicht ohne Roaminggebühren einsetzbar ist.

Stark in weit verteilten Infrastrukturen

Microsoft Azure Cloud for Predictive Maintenance
© Sigfox Germany

Egal ob Microsoft Azure Cloud for Predictive Maintenance, Siemens Mindsphere Cloud oder Cumulocity: Sie alle unterstützen das 0G-Netz von Sigfox und docken an die Sigfox Cloud an, die in Europa von Thales gehostet wird und eine der sichersten Clouds weltweit ist.

Einen großen Markt für das neue 0G-Netz gibt es deshalb in – vielfach auch grenzüberschreitend verteilten Dingen und Infrastrukturen – von Container- und Ladungsträger-Monitoring-Lösungen über das Smart Metering bis hin zur Überwachung des Betriebs von Pumpstationen in der Wasserversorgung. Der Charme der 0G-Logik für smarte Sensoren und Aktuatoren aller Art liegt bei solchen verteilten Systemen unter anderem in der jahrelang wartungsfreien Netzanbindung, da ein Batteriewechsel nicht erforderlich ist. Letztlich sind sie für OEM nichts anderes, als weltweit verteilte Devices, die es für besseren Kundenservice zentral zu monitoren und managen gilt.

Kleine Nachrichten, großer Nutzen

Verschlüsselter und unverschlüsselter Code
© Sigfox Germany

12 Byte beziehungsweise 96 Bit sind nur ein Teil des gesamten Communication Stacks. Hinzu kommen ein Length Indicator (LI), eine Bidirectional Flag (BF), Repeated Flag (RF), Ein Message Counter (MC) und ein Identifier (ID).

Hierzu kann Sigfox täglich bis zu 140 Nachrichten von Geräten aller Art an IoT-Clouds senden (Uplink) und vier zum Gerät zurück (Downlink)  für Stellbefehle, Parametrierungen oder Funktionsfreischaltungen. Die Payload der Nachrichten darf jedoch nicht größer als 12 Byte sein. Das ist nicht viel, weshalb die Netzanbindung auch sehr energiesparend und preiswert ist. Mit 12 Byte lassen sich jedoch 2 hoch 96 unterschiedliche Werte darstellen. Das sind 79 Quadrilliarden unterschiedliche Zustände. Zur Verdeutlichung: Eine Quadrialliarde ist eine Zahl mit 27 Nullen vor dem Komma! Mit dieser Vielfalt sollte sich jeder Systemzustand hinreichend präzise beschreiben lassen. Selbst komplexe globale GPS-Koordinaten brauchen nur rund 6 Byte, sodass sich die überwachten Gegenstände bei Bedarf auch noch exakt lokalisieren lassen. Welche Lösungswege gibt es aber, beispielsweise diverse Messwerte zu übertragen, wenn diese in der Summe rein rechnerisch mehr als 12 Byte ausmachen?

Dos and Don‘ts beim Datenpacken

Wenig sinnvoll sind die aktuell verfügbaren Methoden der Datenkomprimierung, da sie bei den ohnehin schon sehr kleinen Datenpaketen kaum Einsparungen erzielen. Der Overhead dieser Algorithmen ist nämlich oft größer, als die Einsparung, die man bei 12 Byte erzielen kann.

Auch macht es keinen Sinn, beispielsweise bei Geodaten nur die kleinen Änderungen in Bezug auf die vorherige Position zu übermitteln, denn geht die Nachricht mit der ersten kompletten Geoinformation dann doch einmal verloren, ist der nachfolgende Datenstrang nicht mehr rekonstruierbar. Bei Systemen, die dann einen alternativen Fallback-Zugriff auf die Quelldaten zulassen würden, wäre dies zwar kein Weltuntergang, doch von Anfang an so zu konzipieren, dass man nicht auf Alternativen zurückgreifen muss, ist sicherlich besser. Deshalb hat es sich in der Nachrichtenaufbereitung für 0G-Netze durchgesetzt, stateless, also ohne Bezug auf frühere Pakete, zu kommunizieren. Auch werden keine Sitzungsinformationen ausgetauscht und/oder verwaltet.

Es ist aber durchaus sinnvoll, Nachrichten, die größer sind, über Splittingverfahren in mehrere Datenübertragungen aufzuteilen und sie in der Cloud wieder zusammenzubauen. Entsprechen die vorhandenen Daten also nicht der 12-Byte-Struktur, lassen sich diese mittels geeigneter Bit- und Bytefolgen erweitern.

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1. Ist Sigfox zu limitiert?
2. Redundanzen vermeiden
3. Nicht immer die ganze Welt erklären
4. Einfach in Embedded-Systeme zu ­implementieren

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