Die Anforderungen an industrielle Netzwerke steigen rasant. Daten müssen effizient, schnell, zuverlässig und günstig über Funk übermittelt werden, auch unter rauen Bedingungen in abgelegenen Gebieten. Klassische Standards wie WLAN oder 4G stoßen dabei an ihre Grenzen. Neue Funkstandards wie WiFi 7, 5G RedCap, LTE Cat 1bis und LoRa NTN erweitern die Einsatzmöglichkeiten drahtloser Kommunikation im IIoT (Industrial Internet of Things). Dieser Leitfaden zeigt, welche Technologien sich wofür eignen und worauf Administratoren achten sollten.

Inhalt

1. WiFi 7 (IEEE 802.11be): Highspeed für dichte Industrieumgebungen
2. 5G RedCap: Effizienter Funk für das vernetzte Feld
3. LTE Cat 1bis: Solide 4G-Basis für (I)IoT
4. LTE-M: Spezialist für mobile IoT-Anwendungen
5. NB-IoT: Minimalfunk für stationäre Sensoren
6. LoRa/LoRaWAN/NTN: Unabhängiger Langstreckenfunk
7. IQRF: Mesh-Netzwerke für Industrie und Infrastruktur
8. Checkliste: So finden Sie den passenden Funkstandard

1. WiFi 7 (IEEE 802.11be): Highspeed für dichte Industrieumgebungen

Eine schnelle und stabile Verbindung ist entscheidend in modernen Fabriken, Smart Factories, Smart Offices und in Campusnetzen mit vielen Teilnehmern. Hier setzt WiFi 7 an.

Stärken

• Dreifachband: Arbeitet simultan auf Frequenzbändern 2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz.
• Extreme Leistung: Bietet maximale Datenraten und minimale Latenzzeiten.
• Einsatzgebiete: Ideal für Fabrikhallen, Logistikzentren und intelligente Bürogebäude.

Technischer Vorsprung

WiFi 7 (IEEE 802.11be) erlaubt erstmals das gleichzeitige Nutzen von drei Frequenzbändern. Funktionen wie Multi-Link Operation (MLO) bündeln diese Bänder und sorgen für eine stabile Verbindung. Technologien wie 4096-QAM und breite 320-MHz-Kanäle steigern die Störfestigkeit und den Datendurchsatz – ein Muss, wenn viele Geräte gleichzeitig kommunizieren.

Praxistipp

WiFi 7 eignet sich hervorragend für industrielle Anwendungen mit vielen Endgeräten, hohen Datenraten und niedriger Toleranz gegenüber Ausfällen. Wichtig: Achten Sie auf regionale Frequenzfreigaben für das 6-GHz-Band, die von der Bundesnetzagentur reguliert werden!

2. 5G RedCap: Effizienter Funk für das vernetzte Feld

Nicht jede Anwendung benötigt die volle 5G-Leistung. Für IoT-Feldgeräte zählt vor allem Effizienz. 5G RedCap (Reduced Capability) liefert genau das.

Stärken

• Minimaler Stromverbrauch: Ermöglicht jahrelange Batterielaufzeiten.
• Kosteneffiziente Hardware: Kleinere, günstigere Chips senken die Gerätekosten.
• Optimiert für das IIoT: Perfekt für Sensoren und Aktoren im Feld.

Weniger ist mehr

5G RedCap (Reduced Capability) reduziert bewusst komplexe 5G-Features. Das Ergebnis: Kleinere Chips, längere Akkulaufzeiten und eine herausragende Energieeffizienz. Gleichzeitig profitieren Sie von der Leistung, der Zuverlässigkeit und der Zukunftssicherheit des 5G-Netzes.

Einsatzszenarien

Von der Sensorik in Industrieanlagen über die Maschinenüberwachung bis zu mobilen IoT-Geräten: RedCap schlägt die Brücke zwischen klassischen IoT-Protokollen und dem leistungsstarken 5G-Standard.

3. LTE Cat 1bis: Solide 4G-Basis für das (I)IoT

LTE Cat 1bis etabliert sich als kostengünstiger und zuverlässiger Allrounder für eine Vielzahl von IoT-Anwendungen.

Stärken

• Einfaches Design: Benötigt nur eine Antenne, was die Gerätekosten senkt.
• Volle LTE-Kompatibilität: Nutzt die exzellente 4G-Netzabdeckung in ganz Deutschland.
• Sprachfähig: Unterstützt Voice-over-LTE (VoLTE) für Notruffunktionen und für Wartungsanweisungen.

Weshalb relevant?

Cat 1bis ist der kostengünstige Mittelweg zwischen LTE Cat 1 und Low-Power-Technologien. Mit Datenraten von rund 10 MBit/s im Download und 5 MBit/s im Upload bei einer Latenz von weniger als 100 Millisekunden genügt die Leistung für viele Anwendungen wie Smart Metering, Maschinenfernwartung und das Steuern von Ladeinfrastruktur.

Tipp zur Energieeffizienz

Das spezifische Energieeffizienz-Design-Pattern "Rush-to-Idle" überträgt Daten in kurzen, schnellen Bursts und schaltet dann sofort in den Schlafmodus. Dies ist oft energiesparender als eine dauerhaft aktive Verbindung bei Low-Power-Standards.

4. LTE-M: Spezialist für mobile IoT-Anwendungen

Wenn sich Ihre Geräte bewegen, ist eine stabile Verbindung ohne Abbrüche entscheidend. Hier glänzt LTE-M.

Stärken

• Nahtloses Cell-Handover: Wechselt unterbrechungsfrei zwischen Funkzellen.
• Geringe Latenz: Reagiert in weniger als 15 Millisekunden.
• Ideal für mobile Anwendungen: Perfekt für alles, was sich bewegt.

Typische Anwendungsfälle

Vom Asset-Tracking in der Logistik über das Flottenmanagement von Speditionen bis hin zu Wearables für die Arbeitssicherheit: LTE-M ermöglicht trotz reduzierten Transceiver-Designs stabile Verbindungen selbst bei hohen Geschwindigkeiten auf der Autobahn.

Bitte beachten

Nicht alle Regionen unterstützen LTE-M bereits flächendeckend. Die Netzabdeckung für LTE-M in Deutschland wird stetig ausgebaut. Prüfen Sie den aktuellen Status für Ihre Einsatzregion über die GSMA-Deployment-Map!

5. NB-IoT: Minimalfunk für stationäre Sensoren

Für Anwendungen, die nur selten kleine Datenpakete senden, ist NarrowBand-IoT (NB-IoT) die unschlagbar effiziente Lösung.

Stärken

• Sehr stromsparend: Möglich sind Batterielaufzeiten von mehr als zehn Jahren.
• Günstig und einfach: Minimale Hardware- und Betriebskosten.
• Globale Reichweite: Optional mit Satellitenanbindung (3GPP Rel. 17) für entlegenste Orte.

Einschränkungen

• Sehr geringe Bandbreite: Maximal 150 KBit/s
• Latenz bis zu zehn Sekunden
• Kein Cell-Handover zwischen Funkzellen möglich

Fazit

Optimale für Anwendungen wie Smart Metering, Umweltüberwachung und Gebäudeautomation mit minimalem Datenaufkommen. Durch Satellitenanbindung via LEO-Orbit nun auch für abgelegene Gebiete interessant, wie die Umweltüberwachung in alpinen Regionen.

6. LoRa/LoRaWAN/NTN: Unabhängiger Langstreckenfunk

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) bietet maximale Freiheit, da es in lizenzfreien Frequenzbändern (LPWAN, Low Power Wide Area Networks) arbeitet und den Aufbau eigener, unabhängiger Netzwerke ermöglicht.

Stärken

• Betreiberfrei (unlicensed LPWAN): Unabhängig von Mobilfunkanbietern.
• Enorme Reichweite: Überbrückt viele Kilometer mit nur einem Gateway.
• Extrem energieeffizient: Ideal für batteriebetriebene Sensoren.

Neue Funktionen

• LoRa FLRC: Steigert die Datenrate auf bis zu 2,6 MBit/s.
• Audioübertragung und Positionsbestimmung (RTT)
• LoRaWAN via Satellit (NTN): Garantiert globale Abdeckung ohne Funklöcher.

Praxistipp

Ideal für autonome Sensornetzwerke in der Landwirtschaft, im Katastrophenschutz oder für Logistik-Tracker, die auch außerhalb der Mobilfunkabdeckung funktionieren müssen. Der neue LoRa-Chip LR1121 senkt zudem die Hardwarekosten, da er mehrere Funktechnologien integriert.

7. IQRF: Robuste Mesh-Netzwerke für Industrie und Infrastruktur

IQRF schafft hochzuverlässige, selbstheilende Mesh-Netzwerke, die komplett ohne Mobilfunk auskommen.

Stärken

• Hohe Reichweite und Redundanz: Fällt ein Knoten aus, wird die Kommunikation automatisch umgeleitet.
• Open-Source-Ansatz: Die IQRF Alliance fördert einen offenen, zukunftssicheren Standard.

Der entscheidende Vorteil

Die Fähigkeit zur Selbstheilung macht IQRF-Netze robust. Dadurch sind sie prädestiniert für kritische Infrastrukturen, smarte Gebäudetechnik, intelligente Straßenbeleuchtung und komplexe Automatisierungssysteme mit stationären Geräten (IoT).

8. Checkliste: So finden Sie den passenden Funkstandard

Nicht jeder Funkstandard eignet sich für jedes Szenario. Die richtige Auswahl entscheidet über Betriebssicherheit, Skalierbarkeit und langfristige Investitionssicherheit. Entscheidend sind:

✅ Der Energiebedarf: Wie lange muss das Gerät ohne Stromquelle auskommen?
✅ Die Kosten der Endgeräte: Welches Budget steht für die Endgeräte zur Verfügung?
✅ Die Netzverfügbarkeit: Benötigen Sie eine lokale oder eine internationale Abdeckung?
✅ Die Datenrate und die Latenz: Müssen Daten in Echtzeit übertragen werden?
✅ Die Mobilität: Sind Ihre Geräte stationär oder in Bewegung (dynamisch)?

9. Welche weiteren Inhalte zu Funkstandrads fürs IIoT gibt’s auf it-administrator.de?

• 5G-Campusnetze planen und umsetzen von Hendrik Kahmann, veröffentlicht in Ausgabe 07/2024
• IoT-Funk abseits von WiFi und Bluetooth LE von Tam Hanna, veröffentlicht in Ausgabe 07/2024
• Konkurrenz für das Ethernet: Wi-Fi 7 von Mathias Hein, veröffentlicht in Ausgabe 06/2023
• Mehr Angriffe auf IIoT-Plattformen im Gesundheitswesen
• Microsoft eröffnet IoT- und KI-Lab in München
• Netzwerksicherheit im Zeitalter des Internet of Things

Dieser Leitfaden basiert auf dem umfassenden Print-Artikel von Ingenieur Tam Hanna. Lesen Sie diesen und weitere aktuelle Inhalte zu Industrienetzen und zum IoT jetzt in unserer August-Ausgabe!

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