LoRaWAN® vs. NB-IoT – Ein erster Überblick und Vergleich

LPWAN Technologien LoRaWAN und NB-IoT - Überblick und Vergleich
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Wenn ihr euch bereits mit dem Internet der Dinge beschäftigt habt, sind euch sicher auch die beiden Begriffe LoRaWAN® und NB-IoT begegnet. Ihr fragt euch aber nach wie vor, was denn eigentlich der Unterschied ist und welche Vor- oder Nachteile die beiden Technologien jeweils mit sich bringen? In diesem sowie nachfolgenden Beiträgen möchte ich diese Frage einmal beantworten und etwas Licht ins Dunkel bringen.

LoRaWAN®- und NB-IoT-Standards gehören zu einer größeren Gruppe von Technologien, die als LPWAN (Low Power Wide Area Network) bekannt sind. Laut Statista sollen LoRaWAN® und NB-IoT bis 2023 rund 85,5 Prozent der gesamten LPWAN-Konnektivität ausmachen (siehe https://www.statista.com/statistics/1244778/lpwa-market-share-by-technology/). Zusätzlich gibt es noch unzählige andere LPWAN-Technologien in unterschiedlichen Reifegraden wie beispielsweise MIOTY.

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Was ist der Unterschied zwischen LoRaWAN® und NB-IoT?

LoRaWAN® ist ein von der LoRa Alliance® angebotenes IoT-Netzwerkprotokoll, das unlizenziertes Spektrum nutzt und es fast jedem ermöglicht, seine eigenen Netzwerke zu geringen Kosten einzurichten.

LoRaWAN® wurde entwickelt, um eine Kommunikation über große Entfernungen zwischen weitverbreiteten Sensoren und einem LoRaWAN® Gateway bereitzustellen, das 15 bis 20 km entfernt bereitgestellt werden kann, wobei je nach Umgebungsbedingungen eine Bandbreite von 0,3 KBps bis 50 Kbps verwendet wird.

NB-IoT oder Narrowband IoT ist alternativ ein lizenziertes IoT-Protokoll der 3GPP-Standardorganisation. Es verwendet ein lizenziertes Hochfrequenz-Spektrum (HF), das es nur über das Netzwerk eines Mobilfunkbetreibers verfügbar macht. Das Hauptziel des NB-IoT-Standards ist es, die Abdeckung in Innenräumen zu verbessern und eine große Anzahl von Geräten mit niedrigem Durchsatz zu unterstützen. Das bedeutet, dass NB-IoT und seine Netzwerkarchitektur besser für Anwendungen wie Wearables und intelligente Gebäude optimiert sind.

Der wohl größte Unterschied besteht jedoch im Freiheitsgrad des Anwenders. Wohingegen bei LoRaWAN® der Anwender selbst entscheiden kann, ein öffentliches LoRaWAN® in seiner Region zu nutzen oder sich sein eigenes LoRaWAN® aufzubauen, ist bei NB-IoT einer der klassischen Mobilfunkanbieter wie Telefonica oder Orange nötig. Da NB-IoT im lizenzierten LTE-Spektrum arbeitet, könnt ihr als Anwender hier kein eigenes Netzwerk aufbauen und betreiben. In der nachfolgenden Tabelle habe ich die aus meiner Sicht wichtigsten (technischen) Hauptunterschiede der beiden Technologien einmal gegenübergestellt:

LoRaWAN®
NB-IoT
Modulation
Chirp Spread Spectrum
Quadratur-Phasenumtastungsmodulation
Frequenz
868 MHz in Europa, 915 MHz in Nordamerika, 433 MHz in Asien (nicht lizenzierte ISM-Bänder)
lizenzierte LTE-Frequenzbänder
Bandbreite
250KHz und 125KHz
200 kHz
Maximale Nachrichten/Tag
Theoretisch unbegrenzt, abhängig von verfügbarem Duty Cycle
Theoretisch unbegrenzt
Maximale Datenrate
50 Kbps
200 Kbps
Maximale Payload-Länge
243 Bytes
1600 Bytes
Reichweite
5 km im städtischen, 20 km im ländlichen Bereich (stark von Umgebung und Standort des Gateways abhängig)
1 km im städtischen, 10 km im ländlichen Bereich
Störfestigkeit
sehr hoch
gering
Authentifizierung und Verschlüsselung
AES 128b
LTE-Verschlüsselungstechnik 256-Bit-3GPP

Hauptaugenmerk von LPWAN: Energieverbrauch

Sowohl LoRaWAN®- als auch NB-IoT-Endgeräte sind auf einen geringeren Stromverbrauch ausgelegt. Dies wird erreicht, indem Endgeräte in den Schlafmodus versetzt werden, wenn sie nicht in Betrieb sind. LoRaWAN® verbraucht jedoch weniger Strom als NB-IoT, was es zu einer praktikableren Lösung macht, bei der weniger Wartung am Endgerät erforderlich ist. Darüber hinaus macht der geringere Stromverbrauch LoRaWAN® zu einer kostengünstigeren Lösung als NB-IoT.

Da es weniger Strom verbraucht, bietet LoRaWAN® auch eine längere Batterielebensdauer (15+ Jahre im Vergleich zu 10+ Jahren). LoRaWAN® ist die erste Wahl für Unternehmen, die auf ultra low energy IoT Lösungen setzen. Dies ist eines der Hauptargumente, warum LoRaWAN® besser für einige IoT Anwendung wie Fertigung, Bergbau oder Öl- und Gaseinsatz geeignet sein kann als NB-IoT. Viele industrielle Bereitstellungen können sich an schwer zugänglichen abgelegenen Orten befinden und müssen daher über viele Jahre hinweg ohne Wartung funktionieren. 

Sicherheit

NB-IoT nutzt eine auf  256-Bit-3GPP-Verschlüsselung basierende Methode. LoRaWAN® hingegen nutzt eine AES-128-Bit-Verschlüsselung. Beide Standards werden zum heutigen Zeitpunkt als sehr sicher bewertet. Beide Standards bringen zudem Absicherungsmethoden gegen diverse Netzwerkbedrohungen von außen mit sich.  

Fazit

Derzeit dominieren die Standards NB-IoT und LoRaWAN® das Internet der Dinge. Die Netzwerkarchitekturen von NB-IoT und LoRaWAN® wurden unter Berücksichtigung unterschiedlicher Anwendungen, Leistungsanforderungen und Sicherheitsanforderungen entwickelt. Für industrielle Bereitstellungen ist ein auf LoRaWAN® aufgebautes Netzwerk eine kostengünstigere Option, da kein HF-Spektrum von Netzwerkbetreibern geleast werden muss und weil mit LoRaWAN® viele neuartige Technologien gefunden werden können, die die Batterielebensdauer von Sensoren verlängern. Abhängig von euren Anforderungen solltet ihr jedoch letztlich beide Lösungen bewerten und mit euren Möglichkeiten abgleichen. In einem weiteren Artikel gehe ich bald ein wenig mehr auf die Vorteile in der Praxis ein.

Über einen Austausch zu diesem Thema freue ich mich, Fragen oder Anregungen also gerne einfach in die Kommentare 🙂

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