Sensor-to-Cloud Kommunikation

Das Low Power Wide Area Network (LPWAN) Sigfox zeichnet sich durch eine besonders schlanke und sichere Sensor-to-Cloud Kommunikation aus. Sie ermöglicht es, Dinge anzubinden, die bislang noch gar nicht angebunden werden konnten. Davon können Betreiber von Liegenschaften aller Art enorm profitieren und die Kosten des Facility Managements enorm reduzieren. Das Netz, das global ausgebaut wird, hat in Deutschland bereits eine Netzabdeckung von 65 % und bis Ende 2018 soll sie 85 % betragen. Es ist also spätestens jetzt an der Zeit, den Einsatz dieser Technologie zu evaluieren.

Kostengünstige Investition und Betrieb

Im Vergleich zu alternativen Wegen ins IoT sind ‚Total Costs of Ownership‘ (TCO) einer Sigfox-Connectivity sehr gering. Sigfox-Module kosten nur rund 2 € und mit ihrer geringen Leistungsaufnahme lassen sich Devices entwickeln, die eine Batterielaufzeit von zehn Jahren und mehr erreichen, was den Wartungsaufwand gegen Null tendieren lässt. Da die Verbindungsentgelte zudem vom OEM mit dem Kauf der Module direkt erworben werden, sind der Handling- und der Verwaltungsaufwand für die Funklizenzen gegenüber SIM-Karten basierten Tarifmodellen zudem extrem gering. Es gibt sogar Logik, die man ausschließlich für Einmalverbindungen ins Internet nutzen kann. Diese soll rund 0,20 € kosten, was ganz neue Anwendungen ermöglicht wie beispielsweise die Überwachung einer Zählerplombe oder Gehäusesicherung, die bei Öffnung sofort eine Nachricht absetzt und so unmittelbar vor Missbrauch warnt.

Globales Netz für Liegenschaften

Das Sigfox-Netzwerk erlaubt es, eine Zwei-Wege Verbindung zwischen den Geräten und der Cloud herzustellen. Es nutzt 192 kHz des lizenzfreien Bands, um Nachrichten per Funk auszutauschen. Die Modulation erfolgt über die Ultra-Schmalbandtechnologie: Jede Nachricht hat eine Bandbreite von 100 Hz und wird mit einer Datenrate von 100 bits pro Sekunde übermittelt. Durch ein solch leistungsfähiges Signal können Sigfox-Basisstationen und Devices auch bei Deep-Indoor Applikationen heraus aus Kellern und Schächten und auch über weite Entfernungen hinweg störungsfrei kommunizieren. Es wird dadurch auch nur eine geringe Anzahl von Basisstationen benötigt, um selbst große Gebiete abzudecken, was den Rollout des Netzes gegenüber anderen Technologien beschleunigt, die Kosten des Netzbetriebs senkt und damit solch kostengünstige Lösungen wie Sigfox erst ermöglicht.

Kostenvorteile durch die IoT Anbindung

Es ist aber nicht nur die Kostenersparnis bei der IoT-Anbindung, die das Netz so attraktiv macht. Es sind vielmehr die vielen Vorteile, die Anwender aus einer kostengünstigen IoT-Anbindung erzielen. Der enorme Aufwand, den Versorgungsunternehmen und Liegenschaftsbetreiber beispielsweise bei der Walk-by Ablesung von Verbrauchswerten an Gas- oder Wasserzählern sowie an Heizkörperthermostaten noch immer betreiben, wird auf null gesetzt, da niemand mehr vor Ort sein muss, um diese Daten zu ermitteln. Das Fernauslesen mit Sigfox-Devices funktioniert dabei selbstverständlich auch aus Kellern und Schächten heraus, wobei die Geräte eine extrem hohe Reichweite von 3-5 Kilometern in Ballungszentren erreichen. Über Land mit wenig störenden Gebäuden sogar 30-50 Kilometer – und im Gegensatz zu anderen LWAN-Anbietern keine Gateways benötigen, was Kosten für diese Hardware mit ihrer eingebetteten Intelligenz spart.

Zähler, Zähler, Zähler...

Erste große Anwendungsbereiche findet das Sigfox-Netz beispielsweise im belgischen Antwerpen, wo Wasserzähler ­­von Kamstrup über die Firma Water-link ­installiert wurden. Bei der Installation können nicht nur Zählerstände übermitteln werden, sondern auch mögliche Wasserverluste durch Leckagen, Rohrbrüche oder Manipulationen unmittelbar erkannt werden. Das Sigfox-Netz wird aber nicht nur für Smartes Metering im Bereich der Wasser-, Gas- und Stromversorgung (Submeter) von Liegenschaften und für Füllstandmesser von Öltanks oder Heizkostenverteiler eingesetzt.

Vielfältige Applikationsfelder

Sigfox findet auch Anwendung in Pumpen, Brandschutzklappen, Notausgangssicherungen, Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessern, Rauch- und Präsenzmeldern, Leckage-Detektoren, Mülltonnen-Füllstandmessern und vielem mehr. Selbst in Fenstern, Türen oder Briefkästen kann der LPWAN-Standard genutzt werden, um den Status der Schließung oder Öffnung an Clouds zu übertragen. Hierbei geht es jedoch nicht unbedingt um eine schnelle interaktive Logik für lokale Entscheidungen wie beispielsweise das Schließen des Heizungsventils beim Öffnen des Fensters oder das Herunterlassen der Jalousien bei Sonneneinstrahlung beziehungsweise das Öffnen der Türe beim Schellen, sondern um die vielen neuen Applika-tionsmöglichkeiten, die sich aus einer Cloud-Anbindung ergeben und sich besonders einfach und kostengünstig mit Sigfox umsetzen lassen. Der Nutzen für Anwender ist dabei extrem vielfältig.

Kleine Daten, enorme Mehrwerte

Werden Fensterzustandsdaten gegen Büroschluss an eine Cloud übertragen, kann der Nachtwächter gezielt nur zu den Fenstern gehen, um sie zu schließen, die offengelassen wurden. Er braucht nicht mehr in jedem Büroraum nachzuschauen, was die Wege verkürzt; der Heizungsbauer kann Wartungsarbeiten noch kurz vor dem Ausfall der Pumpe ausführen, wenn ihm der kritisch gewordene Zustand der Umwälzpumpe gemeldet wurde, was die Verfügbarkeit der Heizung erhöht und die Zufriedenheit der Mieter steigert und die Kosten für den Betreiber senkt, da zyklische Wartungen durch bedarfsgerechte ersetzt werden können. Gebäudeversicherer können günstigere Policen anbieten, wenn ein gewisses Set an Sigfox-Sensoren ­installiert wird. Es geht also immer um die vielen kleinen Meldungen an eine zentrale Cloud, aus denen Anbieter enorme Mehrwerte für Kunden generieren können.

Begrenztes Datenvolumen, aber kein Verlust bei der Effizienz

Eine Sigfox-Nachricht benötigt nicht viel Energie. Die Konsequenz: Sigfox-Sensorik kann oft über Jahrzehnte hinweg ohne Austausch von Batterien betrieben werden. Die extrem lange Batterielaufzeit lässt sich dadurch erklären, dass die Datenmenge und die Anzahl der erlaubten Nachrichten, die zur Cloud geschickt werden können, begrenzt sind. Das Maximum liegt bei 12 Bytes pro Nachricht, 144 Übermittlungen in die Cloud pro Tag und vier Nachrichten á 8 Byte pro Tag zurück. Für die oben genannten Applikationen zum Auslesen ist das aber absolut ausreichend, denn Temperaturwerte benötigen nur 2 Byte und einfache Zustandswerte maximal 1 Byte. Ein weiterer Stromspareffekt wird dadurch erzielt, dass die Geräteverbindung zum Netz abseits des Sendevorgangs nicht erforderlich ist. Die Verbindung fällt also in den Tiefschlaf und kann mit ganz wenigen Milliwatt in Bereitschaft gehalten werden.

Kleine Datenpakete, große Sicherheit

Dieser Tiefschlaf macht sie auch hoch resistent gegen Hacking-Angriffe, denn Geräte, die nicht angebunden sind, können über diese Verbindung auch nicht angegriffen werden. Zudem sind die Sigfox-Devices auch niemals direkt mit dem Internet verbunden und kommunizieren nur mit der Sigfox-Cloud. Angreifer müssten deshalb erst diese Cloud hacken, die durch eine der sichersten weltweit verfügbaren Firewalls und Intrusion Detection Mechanismen abgeschirmt ist. Zusammen mit einer Device-und Nachrichten-Authentifizierung, AES-Verschlüsselung der Nachrichten und optionaler Payload-Verschlüsselung, Anti-Replay Schutz für Nachrichten sowie der hohen Störfestigkeit des Signals bietet Sigfox eine hoch zuverlässige und vor allem sichere IoT-Connectivity.