Industrial IoT – der Stand der Dinge

Das Internet der Dinge bildet die Kommunikationsbasis für die Verbindung zwischen Geräten und Maschinen, genannt «Machine-to-Machine (M2M) Communication». Sowohl die Internet-of-Things- (IoT) als auch die M2M-Entwicklung laufen seit vielen Jahren eher im Hintergrund ab und standen bisher kaum im Fokus der Öffentlichkeit. Auch die Idee zur Verbindung von Maschinen, um Daten und Informationen auszutauschen, ist längst in der Praxis umgesetzt. In Zügen, Lastwagen oder Autos kommunizieren bereits seit längerer Zeit verschiedene Sensoren über lokale Datenleitungen bzw. Datenbusse untereinander und/oder mit einer zentralen Steuerung.

Weil feste Datenleitungen besonders in Produktions­anlagen unflexibel und teuer sind, rücken nun mobile Netze für das Industrial IoT in den Fokus. WLANs kommen für industrielle Anwendungen kaum infrage, da sie in lizenzfreien und daher öffentlich zugänglichen Frequenzbereichen (2,4 und 5 GHz) funken. Hier sind weder Bandbreiten oder Sicherheit noch Qualität garantiert – im Gegensatz zu 4G- oder 5G-Netzen: Entsprechende Sender lassen sich gebäu­deintern schnell auf- und abbauen oder um zusätzliche Kapazitäten erweitern und funktionieren ähnlich wie ihre Pendants auf öffentlichem Grund.

Bereits in den 1990er-Jahren entstand die Idee, via Sensoren erfasste Messdaten über öffentliche Mobilfunknetze zu übertragen. Dies war insbesondere an Orten zunehmend von Interesse, an denen keine Festnetzleitungen vorhanden sind. So sind in der Schweiz vorwiegend auf den alten GSM/2G-Netzen immer noch gegen eine Million SIM-Karten für kurze Datenübermittlungen im Einsatz. Diese dienen zum Beispiel für Kurzabfragen von Wetterdaten, Felsbewegungen, Temperaturen, Füllständen in Anlagen und Automaten oder von Wasserständen. GSM (Global System for Mobile Communications) steht für den ersten digitalen Mobilfunkstandard, der die alten mobilen Analognetze ablöste und in der Schweiz ab 1993 unter «NATEL D GSM» das neue digitale Mobilfunkzeitalter einläutete. GSM war primär für das mobile Telefonieren gedacht und erlaubte anfangs mit höchstens 14,4 Kbit/s (brutto) eine sehr langsame Datenübertragung. Allerdings reichten diese Verbindungen für IoT-Anwendungen (auch wenn die damals noch nicht so genannt wurden) jahrelang aus – in vielen Fällen bis heute.

Doch die Anforderungen betreffend Schnelligkeit, Sicherheit und Datenmenge sind heute weitaus höher als in den 1990er-Jahren oder zu Beginn des Jahrtausends. Man kann hier von einer weltweiten Bewegung sprechen, denn längst verbindet das IoT eine grosse Anzahl von Geräten und Dingen miteinander. Während 2013 3,6 Milliarden Geräte vernetzt waren, wurde vergangenes Jahr die Grenze von 20 Milliarden verknüpfter Devices bereits überschritten. Und für 2023 werden (je nach Studie) zwischen 30 und 50 Milliarden prognostiziert. Zusätzliches Wachstum entsteht durch ständig neue Anwendungen und die vermehrten Möglichkeiten zur Vernetzung von Gegenständen.

Der Druck auf die Kommunikationsnetze und deren Betreiber wächst also weiter, einerseits wegen des Verkehrswachstums, andererseits wegen der begrenzten Möglichkeiten, neue Netze zu bauen. Zusätzlich setzt die Verordnung über nicht-ionisierende Strahlung (NISV) dem Ausbau zusätzlich enge Grenzen. Die darin definierten An­lagengrenzwerte werden staatlich kontrolliert und sind rund um die Uhr einzuhalten. Besonders Spitzen im Pendel­verkehr, etwa in Städten oder entlang von Hauptverkehrsachsen, bereiten den Netzbetreibern Schwierigkeiten, da eine kurzfristige Kapazitätserweiterung nicht möglich ist.