Stefan Zimmermann, comtac: “LPWAN ist preisgünstig, zuverlässig und wirtschaftlich – in der Einrichtung wie im Betrieb.”

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Condition Monitoring und Predictive Maintenance – für diese Anwendungen ist LPWAN  (Low Power Wide Area Network) prädestiniert. Aber warum? Stefan Zimmermann, Geschäftsführer von comtac, nimmt Stellung.

Eignet sich LPWAN überhaupt für Industrie-Anwendungen?

Stefan Zimmermann: LPWAN eignet sich generell für Anwendungen, die große Reichweiten bzw. sicheren Empfang unter schwierigen Bedingungen benötigen, aber mit geringen Datenmengen auskommen und nicht extrem zeitkritisch sind – auch und gerade in der Industrie.

Für welche Industrie-Anwendungen kommt LPWAN in Betracht?

Die spezifischen Eigenschaften von LPWAN definieren den Anwendungsbereich. Besonders gut eignet sich LPWAN aus Sicht von comtac für Anwendungen, die im weitesten Sinne mit Condition Monitoring oder Predictive Maintenance zu tun haben. Weil comtac prinzipiell jeden Sensor und Aktor mit digitaler Schnittstelle LPWAN-fähig machen kann, ist die Zahl möglicher Anwendungen letztlich grenzenlos.

Bildet LPWAN eine Alternative nur zu drahtlosen oder auch zu drahtgebundenen Kommunikationstechniken?

Die Antwort ergibt sich aus dem Eignungsprofil. Wo die Anforderungen an Datenraten und Reaktionszeiten nicht zu hoch sind, überzeugt LPWAN durch geringen Stromverbrauch und gute Funkreichweite als Alternative zu drahtgebundenen Standards ebenso wie zu WLAN oder Mobilfunk.

Welche Vor- und Nachteile hat LPWAN in bestimmten Industrie-Anwendungen gegenüber anderen drahtlosen und drahtgebundenen Kommunikationstechniken, die ebenfalls für diese Anwendungen in Frage kämen?

LPWAN ist preisgünstig, zuverlässig und wirtschaftlich – in der Einrichtung wie im Betrieb. Wo immer die Grenzen der Technologie (maximale Datenrate, Reaktionszeit) keine Rolle spielen und keine vorhandene Verkabelung nutzbar ist, kann LPWAN als Lösung die erste Wahl sein.

Welche Vor- und Nachteile haben die diversen LPWAN-Protokolle untereinander für Industrie-Anwendungen?

Wir verfolgen einen pragmatischen Ansatz und spezialisieren uns auf LPWAN-basierte Lösungen, die wir derzeit für LoRa und Sigfox anbieten. Diese beiden Standards haben einen großen Vorteil: Sie sind hier und heute verfügbar. LoRa ist in der Schweiz als öffentliches Netz verfügbar und zudem in Deutschland (und letztlich im Rest der Welt) gut geeignet für Unternehmen, die ein privates Netz betreiben möchten. Sigfox hat den Vorteil, in großen Teilen der Welt – auch in Deutschland und anderen Ländern der EU – als öffentliches Netz schon heute bereitzustehen. Sobald andere LPWAN-Protokolle in für uns relevanten Märkten breit verfügbar sind und nachgefragt werden, werden wir unsere Lösungen entsprechend anpassen.

Ist es für Industrie-Unternehmen sinnvoll, selbst eine LPWAN-Netzinfrastruktur aufzubauen, oder sollten sie die Dienstleistungen eines Infrastruktur-Anbieters in Anspruch nehmen?

Diese Frage lässt sich nur anhand einer individuellen Situations- und Bedarfsanalyse beantworten. Ein vorhandenes öffentliches LPWAN-Netz ist sicherlich oft die naheliegendste Lösung. Allerdings gibt es auch gute Gründe dafür, eigene Netze zu betreiben – maximale Datensicherheit, die Sicherstellung des Empfangs unter schwierigen Bedingungen (Indoor, ungünstige Topographie) oder der Wunsch, eine Lösung auf LPWAN-Basis weltweit anbieten zu können.

m2m Germany: Kleines Datenvolumen plus große Reichweite gleich LPWAN

Dr. Erik Lins, m2m Germany: “LPWAN eignet sich für Anwendungen mit großer Reichweite und geringen Datenmengen.”

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Wenn geringe Datenmengen über relativ große Entfernungen zu übertragen sind, etwa in Überwachung und Logistik, bietet sich LPWAN an. Dr. Erik Lins, Technischer Leiter bei m2m Germany, erläutert die Hintergründe.

Inwieweit eignet sich LPWAN für Industrie-Anwendungen?

Dr. Erik Lins: Das kommt auf die konkrete Anwendung an. Generell eignet sich LPWAN für Anwendungen mit großer Reichweite und geringen Datenmengen. Weil kaum Verkabelungsaufwand anfällt, bietet es sich für die Nachrüstung an. Weniger bis nicht geeignet ist es für echte Steuerungsfunktionen.

In welchen Industrie-Anwendungen kann LPWAN seine Vorteile ausspielen?

Etwa für Überwachungsfunktionen, bei denen nur wenige Daten übertragen werden müssen. Hier reduziert LPWAN durch seine Reichweite den Verkabelungsaufwand und/oder kann zu bestehenden Überwachungsfunktionen eine Redundanz schaffen. Beispiele sind die Raumluftüberwachung oder auch Brand- und Wassermelder.

Andere Anwendungen sind Logistikfunktionen wie etwa Lokalisierung, Auffinden und Identifizieren von Ladungsträgern sowie deren Steuerung innerhalb einer Fertigungskette. Mittels aktiver Tags können Dinge wie Ladungsträger Informationen über sich senden, die von Gateways (auch über eine gewisse Distanz) empfangen und einer zentralen Ablaufsteuerung zur Verfügung gestellt werden.

Sobald sich eine Anwendung nicht mehr nur auf ein Gebäude konzentriert, ist LPWAN (z.B. LoRa) eine Alternative. Mobilfunk 2G/3G/4G/NarrowBand-IoT auch darüber hinaus; Güter lassen sich damit auch beim Transport überwachen.

Zu welchen drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikationstechniken in der Industrie bildet LPWAN eine Alternative?

LPWAN bildet eine Alternative zu einfachen drahtgebundenen Bussystemen wie RS-232 oder RS-485 mit geringer Datenmenge, aber selbst da nur sehr eingeschränkt. Auf keinen Fall ist LPWAN eine Alternative zu echten Feldbussen wie Profibus.

Manchmal ist LPWAN eine Alternative zu WiFi/WLAN und hat den Vorteil einer größeren Reichweite. Bei WiFi sind bis zu 500 m möglich, und bei LoRa lassen sich mehrere Kilometer überbrücken.

In welchen Fällen ist es für Industrie-Unternehmen sinnvoll, selbst eine LPWAN-Netzinfrastruktur aufzubauen, und in welchen empfiehlt es sich, auf die Dienstleistungen eines LPWAN-Infrastruktur-Anbieters zurückzugreifen?

Nicht die Unternehmensgröße ist ausschlaggebend, eher die Anwendung selbst und die Sensibilität der Daten. Immer dann, wenn die Daten das eigene Unternehmen nicht verlassen sollen, wenn für die Datenübertragung keine laufenden Kosten anfallen sollen und wenn die IT-Abteilung des Unternehmens den Betrieb übernehmen und sicherstellen kann, ist es sinnvoll, über eine eigene LPWAN-Netzinfrastruktur nachzudenken.

NetModule: Sensornetze mit LPWAN-Technik kostengünstig betreiben

Jürgen Kern, NetModule: “LPWAN eignet sich hauptsächlich für Sensornetze im freien Raum mit Sichtverbindung, die sich über weite Strecken ausdehnen und bei denen die Sensoren gelegentlich kleine Informationsmengen an die Basisstation senden.”

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Große drahtlose Sensornetze sind eine Domäne von LPWAN: Weil ISM-Bänder ohne Lizenzen nutzbar sind, lassen sich in LPWANs Hunderte von Sensoren ohne Funkkosten betreiben. Jürgen Kern, CEO von NetModule, gibt nähere Informationen.

Worin sehen Sie den Sinn und Zweck der LPWAN-Technik?

Jürgen Kern: LPWAN steht für „low power wide area networking“. Die LPWAN-Technik wurde entwickelt, um LPWAN-Endpunkte – z.B. viele Sensoren – kostengünstig und Energie sparend mit einer Basisstation des LPWAN-Netzes zu verbinden. Dabei entstehen sternförmige Netzstrukturen, bei denen eine Basisstation am Netz sich mit vielen Endpunkten (Sensoren) verbindet. Überbrückt werden dabei Distanzen von mehreren Kilometern (durchaus 20 oder mehr). Zur Kommunikation dienen idealerweise lizenzfreie Funkfrequenzen (im ISM-Band).

Für welche Industrie-Anwendungen eignet sich LPWAN?

Hauptsächlich für Sensornetze im freien Raum mit Sichtverbindung, die sich über weite Strecken ausdehnen und bei denen die Sensoren gelegentlich kleine Informationsmengen an die Basisstation senden.

Welche Vor- und Nachteile hat LPWAN in bestimmten Industrie-Anwendungen gegenüber anderen Kommunikationstechniken, die ebenfalls für diese Anwendungen in Frage kämen?

Die Kosten und der Energieverbrauch von LPWAN sind gering. So lassen sich die Sensoren mit Batterien ausstatten, was die Anwendungen kostengünstig macht. Typische Anwendungen für LPWAN sind Ortungsdienste („wo befinden sich meine Anlagen/Geräte/Fahrzeuge“). Nachteile sind die geringe Bandbreite und die meist fehlende Infrastruktur.

Worin unterscheidet sich LPWAN technisch und funktionell vom 4G-Mobilfunk?

Der Unterschied liegt erstens im geringen Energieverbrauch der LPWAN-Technik, zweitens in der Möglichkeit, ISM-Bänder ohne Lizenzen nutzen zu können und damit unabhängig von Providern zu sein, und drittens in der Konsequenz, dass durch die Nutzung der lizenzfreien Bänder Hunderte von Sensoren ohne Funkkosten betrieben werden können.

Wie verbreitet sind die diversen LPWAN-Protokolle momentan in Industrie-Anwendungen?

Mit viel Hoffnung wurden und werden eine Reihe von Pilotprojekten gestartet. Es scheint jedoch noch wenig Konkretes für den produktiven Betrieb entstanden zu sein.

Wie schnell kommt der Aufbau von LPWAN-Netzinfrastruktur derzeit bei den Anbietern voran? Gibt es für die Infrastruktur-Anbieter schon profitable Geschäftsmodelle mit LPWAN?

Für Infrastruktur-Anbieter dürfte es schwierig sein, profitable Geschäftsmodelle zu erzeugen, weil Datenverbindungen mit geringem Datenvolumen auf Basis von 3G und 4G mittlerweile kostengünstig verfügbar sind und damit die Kosten von LPWAN konkurrenzieren. In der Schweiz betreibt die Swisscom zwar ein LoRaWAN, aber man darf bezweifeln, dass sie damit Geld verdient. In Deutschland konzentrieren sich die Provider auf Narrow-Band-Mobilfunktechniken.

SSV Software Systems: Monitoring-Daten per LPWAN vom Sensor zur Cloud übertragen

Klaus-Dieter Walter, SSV Software Systems: “Ich persönlich würde zumindest für den deutschsprachigen Raum den Aufbau von LPWAN-Netzinfrastruktur nicht als ‚schnell‘ bezeichnen.”

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Für die Übertragung von Monitoring-Daten zwischen Sensor und Cloud im IIoT eignet sich unter anderem auch LPWAN – mit eigener Netzinfrastruktur oder mit der eines Dienstleisters. Klaus-Dieter Walter, Geschäftsführer von SSV Software Systems, hat die Einzelheiten.

Für welche Arten von Industrie-Anwendungen ist LPWAN prädestiniert?

Klaus-Dieter Walter: Primär für die elementare Sensor-to-Cloud-Aufgabe, die wir in jeder IoT-Anwendung – und dazu zähle ich auch das Industrial IoT inklusive Industrie 4.0 und Smart Factory – finden bzw. noch finden werden. Solche Anwendungen haben immer eine Monitoring-Komponente, für die LPWAN besonders dann in Frage kommt, wenn der Sensor plus die dazu gehörende Elektronik mit einer Batterie versorgt werden müssen, die nicht alle paar Monate gewechselt werden kann. Aber auch wenn ein Netzteil die Versorgungsspannung bereitstellt, ist LPWAN eine Option.

Zu welchen drahtgebundenen und drahtlosen Kommunikationstechniken in der Industrie bildet LPWAN eine Alternative?

Erstens existieren nach wie vor zahlreiche galvanisch getrennte RS-485- und M-Bus-Verbindungen, um dezentrale Datenpunkte über teilweise sehr lange Kabelverbindungen mit einem übergeordneten IT-System zu verbinden. Dann wären da immer noch unzählige GSM- bzw. GPRS-Mobilfunkverbindungen, die sporadisch kleine Datenmengen transportieren und relativ hohe Betriebskosten durch SIM-Kartengebühren verursachen. Für diese Beispiele sehe ich LPWAN als sinnvolle Alternative.

Welche Vor- und Nachteile hat LPWAN in bestimmten Industrie-Anwendungen gegenüber anderen drahtlosen Kommunikationstechniken, die ebenfalls für diese Anwendungen in Frage kämen?

Als Vorteile von LPWAN wären die große Reichweite zur nächsten Basisstation, die relativ gute Durchdringung von Mauerwerk und der geringe Stromverbrauch pro Datenpaket und die damit verbundene Eignung für den Batteriebetrieb zu nennen. Wichtige Nachteile sind die geringe Bandbreite, die Notwendigkeit einer speziellen Infrastruktur und – nicht zu unterschätzen – das schwer überschaubare Angebot konkurrierender LPWAN-Techniken, von denen sich sicherlich nicht alle erfolgreich im Markt behaupten werden. Die recht geringe Verbreitung von LPWAN-Ingenieurwissen ist ein weiteres Problem.

Wann ist es für Industrie-Unternehmen sinnvoll, selbst eine LPWAN-Netzinfrastruktur aufzubauen, und wann empfiehlt es sich, für LPWAN die Dienstleistungen eines Infrastruktur-Anbieters in Anspruch zu nehmen?

Das halte ich in jedem Fall für sinnvoll. Für mich ist das allerdings keine Frage der Unternehmensgröße, sondern eine Frage der Anwendung. Wenn Sie beispielsweise Sensoren in Parkhäusern oder Parkuhren in Innenstädten per LPWAN mit einer Cloud koppeln wollen, kommt die demnächst vorhandene Netzinfrastruktur der Telekom in Frage. Wollen Sie allerdings auf Ihrem weitläufigen Betriebsgelände weit außerhalb städtischer Grenzen mit Hilfe einiger Sensoren die Intralogistik oder Energieeffizienz optimieren, können Sie sich durchaus auch als Mittelständler ein eigenes LoRa-Netzwerk aufbauen oder von einem Partner aufbauen lassen.

Unitronic: LPWAN-Netze mit eigener oder öffentlicher Infrastruktur?

Werner Niehaus, BU Manager Electronics bei Unitronic: “Der Schwerpunkt von LPWAN liegt auf den drei Cs: Coverage, Consumption, Costs.”

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Unternehmen, die LPWAN-Technik nutzen wollen, können dies mit eigener oder öffentlicher Netzinfrastruktur tun - abhängig von ihrer Situation und den Anwendungen. Werner Niehaus, BU Manager Electronics bei Unitronic, gibt Auskunft.

 Inwieweit eignet sich LPWAN für Industrie-Anwendungen?

Werner Niehaus: Sie müssen Daten in Echtzeit verfügbar haben? Dann vergessen Sie LPWAN. Der Schwerpunkt von LPWAN liegt auf den drei Cs: Coverage, Consumption, Costs. Wenn diese drei Kriterien in das Anforderungsprofil Ihrer Anwendung passen, sollten Sie sich mit LPWAN näher beschäftigen.

Für welche Industrie-Anwendungen kommt LPWAN in Frage?

Sie benötigen nur eine niedrige Datenübertragungsrate, und Ihre Anwendung ist batteriebetrieben? Dies kann bei der Überwachung von Betriebszuständen eingesetzter Maschinen in allen Industriezweigen der Fall sein oder in Gewächshäusern, wo die Temperatur und die Bewässerung kontrolliert und gesteuert werden sollen. Sie wollen Kühlketten überwachen, etwa auch den Transportweg von der Produktion bis ins Kühlhaus des Verbrauchers? Dann sollten Sie LPWAN definitiv näher in Betracht ziehen.

Überall wo die Durchdringung heutzutage nicht ausreicht, wo Batteriebetrieb angesagt ist, aber der Leistungsverbrauch dies nicht zulässt, oder wo die Kosten aktuell zu hoch sind, weil überspezifiziert, sollte man LPWAN ernsthaft in Erwägung ziehen.

Wie verbreitet sind die diversen LPWAN-Protokolle momentan in Industrie-Anwendungen?

Wir stehen hier noch am Anfang eines hoffentlich erfolgreichen Weges dieser relativ neuen Technologie. Aber es darf erwartet werden, dass mit der Verfügbarkeit von LPWAN die Anzahl der Anwendungen sprunghaft steigen wird, weil dadurch wesentliche Hürden beseitigt sind: Coverage (Durchdringung), Leistungsverbrauch und Kosten.

Für welche Unternehmen ist es sinnvoll, selbst eine LPWAN-Netzinfrastruktur aufzubauen, und für welche empfiehlt es sich, die Dienstleistungen eines LPWAN-Infrastruktur-Anbieters in Anspruch zu nehmen?

Auch hier ist wieder die Situation des Anwenders in Betracht zu ziehen. Bei Unitronic unterstützen wir durch unser Partnernetzwerk beide Wege. Es gibt Unternehmen, die eine eigene, unter ihrer Kontrolle betriebene Infrastruktur bevorzugen und bei denen sich dies wirtschaftlich auch gut abbilden lässt. Andere Unternehmen wollen schnell aktiv werden, sich ganz auf die Anwendung konzentrieren und bevorzugen deshalb eine öffentliche Infrastruktur. Bei diesen Überlegungen spielt natürlich auch das Thema Datensicherheit vor etwaigen Hacker-Angriffen eine wichtige Rolle.