Alle Beiträge von Markus Rumpf

Markus Rumpf arbeitet seit 2005 im Umfeld der Digitalisierung und ist als Business Development Manager bei der Firma 7iD Technologies verantwortlich für Schlüsselprojekte im Umfeld des "Internet of Things" und Industrie 4.0. Er ist Chair-Person einer internationalen IoT Arbeitsgruppe und gestaltet die Zukunft unserer vernetzten Welt mit.

Wegweiser durch den Technologiedschungel: BLE, WiFi und LP-WAN

IoT Kommunikationstechnologien und ihre Einsatzgebiete

Wie bereits in den ersten Teilen dieser Artikelreihe erwähnt, eignet sich nicht jede IoT Technologie auch für jeden Anwendungsfall. In den vorangegangenen beiden Beiträgen wurden mit RFID und NFC zwei AUTO-ID Technologien beleuchtet, die primär in Anwendungen mit kurzer und mittlerer Lesereichweite zum Einsatz kommen. Bluetooth, speziell Bluetooth Smart, und WiFi hingegen, ermöglichen Datenkommunikation auch über sehr weite Entfernungen und bilden daher den idealen Komplementär.

Bluetooth, Bluetooth Smart

Seit Ende 2016 ist mit Bluetooth 5 die neueste Version des Bluetooth-Standards offiziell freigegeben. Die erreichte Leistungssteigerung macht Bluetooth Smart reif für eine Vielzahl möglicher IoT Anwendungsgebieten, denn Reichweiten von bis zu 400 Meter und eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit schreien geradezu nach einem Einsatz in smarten Devices und Wearables. Die meisten von uns kennen Bluetooth als Technologie, um Daten und vor allem Musik mit anderen Geräten auszutauschen. Abseits des Daten-Streamings werden so genannte Bluetooth Beacons aber auch zur Lokalisierung und Navigation von Personen und Objekten vorwiegend im Gebäudeinneren eingesetzt. Ein Beacon fungiert dabei als Leuchtturm, der kontinuierlich ein 360° Signal aussendet. Die Empfängerstationen wiederum errechnen durch die zurückgelegte Distanz des Signals mit Hilfe von Triangulation eine exakte Position. Sie fragen sich nun, wozu das nützlich sein könnte? Nun ja, beispielsweise zur Navigation in Shopping Malls, Flughäfen oder Museen. Oder aber auch in Spitälern werden Bluetooth Smart Beacons eingesetzt, um zu garantieren, dass Neugeborene bei Ihrer Mutter bleiben und nicht versehentlich vertauscht werden.

WiFi, Low-Power WiFi und Passive WiFi

Eine weitere sehr bekannte Technologiemarke ist WiFi. Doch was hat WiFi mit IoT zu tun? Eine berechtigte Frage, gehört WLAN doch mit großem Abstand zu den weltweit am weitesten verbreiteten Funkstandards für lokale Netzwerke. Meine Antwort darauf ist differenziert:

  • Zum Einen ist WiFi in IoT Anwendungen aufgrund hoher Übertragungsraten und Sicherheit die bevorzugte Backbone-Technologie.
  • Da sich bei IoT aber wie der Name schon sagt, alles um die Konnektivität von Dingen („Things“) dreht und sich WiFi durch einen hohen Energieverbrauch nur bedingt für kleine, batteriebetriebene Produkte eignet, wurde eine stromsparende Variante, ein so genanntes Low-Power WiFi, als auch ein passive WiFi entwickelt. Einfach gesagt, macht sich LP WiFi die Tatsache zunutze, dass Antennen Funkwellen in Energie umwandeln und einen Teil der Wellen auch reflektieren können (Backscatter Communication). Leider befindet sich diese aussichtsreiche Kommunikationstechnologie noch im Forschungsstadium. Wann passives WiFi marktreif sein wird, ist nach wie vor noch offen.

Ein sehr prominentes IoT Anwendungsbeispiel für WiFi sind so genannte Datalogger beispielsweise um die Einhaltung der Kühlkette sicherzustellen. Dabei wird die Umgebungstemperatur einer Lieferung von einem Temperatursensor in regelmäßigen Abständen gemessen, und der Wert per WiFi an einen entsprechenden Empfänger übertragen. Das dadurch entstehende Protokoll zeigt eine lückenlose Temperatur-Historie und garantiert, dass der vorgegebene Temperaturbereich weder unter- noch überschritten wurde.

Ausblick

Wie Sie im Laufe der letzten 3 Artikel feststellen konnten, lösen RFID, NFC, Bluetooth und WiFi unterschiedliche Probleme und in sehr vielen Applikationen entsteht der wahre Kundennutzen erst durch eine Ko-Existenz mehrerer Kommunikationstechnologien.

Wie aus IoT Technologien Lösungen werden und was Software bzw. Systemintegration damit zu tun hat erfahren Sie im letzten Teil dieser Reihe.

Wegweiser durch den Technologiedschungel: NFC

Im vorangegangenen Teil dieser Reihe wurden Charakteristika, Einsatzgebiete sowie Vor- und Nachteile des industriellen Kommunikationsurgesteins, der RFID Technologie, vorgestellt.
Verglichen mit dem starken Industriefokus des ersten Artikels, behandeln wir in diesem Abschnitt eine Kommunikationstechnologien mit Konsumentenbezug: NFC. Near-Field-Communcation ist wie RFID ein wesentlicher Treiber des Internet der Dinge und liese sich im Idealfall sogar gezielt mit UHF RFID kombinieren. Wie dieser Hybrid aussieht und welche Chancen sich dabei ergeben, erfahren Sie etwas später.

Teil 2: Near Field Communication (NFC)

Durch die Ausstattung von EC-Karten und Smartphones hat NFC mittlerweile den Massenmarkt erreicht. Doch was steckt dahinter? Near Field Communication, kurz NFC, ist eine drahtlose Übertragungstechnologie, die wie der Name es vermuten lässt, zum sicheren Datenaustausch mit nur wenigen Zentimetern Abstand dient. NFC basiert dabei auf der RFID-Technik, unterscheidet sich abgesehen von der geringeren Reichweite aber vor allem darin, dass immer nur zwei Kommunikationsteilnehmer miteinander verbunden sind. Gerade bei UHF RFID reden wir im Vergleich dazu von hunderten parallelen „Verbindungen“.

Ähnlich wie bei RFID wird aber auch bei NFC zwischen einem aktiven und passiven Modus unterschieden. Im passiven Modus erzeugt ein aktives Gerät, sagen wir ein Bezahlterminal an der Supermarkt Kasse, ein elektromagnetisches Feld und an die Stelle des zweiten Geräts tritt ein Datenträger wie beispielsweise eine EC-Karte. Das Terminal liest die Informationen der EC-Karte aus und bucht einen Geldbetrag von der Karte ab. Im aktiven Modus erzeugen beide Geräte ein elektromagnetisches Feld. Anders als beim passiven Modus ist hier ein wechselseitiger Datenaustausch zwischen den Geräten möglich, sprich es können beide Parteien Informationen senden und empfangen. Zu Unrecht wird NFC oft nur auf ersteres, sprich auf das mobile Bezahlen reduziert, allerdings ergeben sich auch abseits davon Anwendungsgebiete. So eröffnen sich für Hersteller unterschiedlichster Branchen mit NFC-getaggten Produkten neue Interaktionsmöglichkeiten mit ihren Kunden. Vom Markenschutz, der Diebstahlsicherung, dem Self-Checkout im Retail über den gezielten Qualitätsnachweis bis hin zum Beschwerdemanagement sind die Möglichkeiten unbegrenzt. Darüber hinaus könnten Mitarbeiter in der Logistik ihre Smartphones als Lesegeräte nutzen, anstatt auf teure Infrastruktur zurückzugreifen. Aus ökonomischer Sicht ist durch die weite Verbreitung von NFC-Lesegeräten in Form von Smartphones ein verhältnismäßig geringes Investment, abhängig von der Anzahl der NFC-Tags nötig. Pauschal bewegen sich die Kosten für den Tag mittlerweile im Cent-Bereich, wobei im Handel andere Tags zum Einsatz kommen als in raueren Umgebungen. Ein spannendes Thema in diesem Zusammenhang stellen die seit diesem Jahr erhältlichen Hybrid-Transponder bestehend aus einer UHF-RFID und NFC Antenne dar, die sich einen Chip und infolgedessen eine eindeutige Identifizierungsnummer teilen. 7iD Technologies erprobt derzeit verschiedene Lösungen in Form von Pilotprojekten, bei denen die erzeugten Produkte über die gesamte Wertschöpfungskette per Ultrahochfrequenz RFID Technologie identifiziert und prozessgesteuert werden und dem Konsumenten bzw. Lagermitarbeitern darüber hinaus interaktive und individuelle Interaktionsmöglichkeiten mit den Produkten auf die Nahdistanz angeboten werden. 

In den nächsten Teilen dieser Reihe werden weitere Kommunikationstechnologien mit stärkerem Konsumentenfokus Bluetooth und WIFI sowie IoT Softwareplattformen als Dreh- und Innovationstreiber des „Internet of Things“ vorgestellt und genauer beleuchtet. Softwareplattformen wie jene von 7iD, werden in Zukunft eine immer größere Bedeutung zukommen, da sie den Einstieg in die Technologie erleichtern, System-Komplexität reduzieren und Zeit und Nerven vor, während und nach bei der Umsetzung sparen.

Teil 1 des Beitrags finden Sie hier.

 

Wegweiser durch den Technologiedschungel: RFID

Marktpotential und Technologiekampf

Studien zu Folge werden bis 2020 über 25 Milliarden Produkte online miteinander vernetzt sein. Unternehmen im digitalen Umfeld steht in den kommenden Jahren ein harter Technologiekampf bevor. Und um es vorwegzunehmen. Nur ein Bruchteil des Marktes wird aus aktiven Geräten wie Smartphones, Notebook etc. bestehen. Den viel größeren Teil werden alltägliche Gebrauchsgegenstände wie die viel zitierte Zahnbürste, Kleidung oder der Küchensessel ausmachen. Doch wie stehen die Chancen für RFID, Bluetooth, NFC, WIFI und Co. in diesem Markt? Welche Vor- und Nachteile bieten die unterschiedlichen Kommunikationstechnologien und wie sehen mögliche Einsatzgebiete aus? Und um das technologische Netz weiter zu spannen: Welche Rolle nehmen Softwarealgorithmen und Datenqualifizierung sowie die sichere Speicherung bei dem stetig steigenden Berg an Informationen ein?

IoT Kommunikationstechnologien und ihre Einsatzgebiete

Eines haben alle Kommunikationstechnologien gemein: Sie stellen einen kontaktlosen Datenaustausch sicher. Doch das ist auch schon die einzige Ähnlichkeit. Angefangen von Unterschieden in Reichweite, Datenübertragungsrate und Preis, kristallisieren sich klare Einsatzgebiete heraus. Der erste Artikel dieser Reihe behandelt aufgrund des starken Industriefokus die vielfach unterschätzte RFID Technologie.

Teil 1: Das industrielle Urgestein: RFID Technologie

Die Radio Frequency Identification Technologie ist eine der ältesten Funktechnologien zum kontaktlosen Identifizieren und Beschreiben von Objekten. Sie lässt sich in niederfrequent (LF, KHz Bereich), hochfrequent (HF, MHz Bereich) und ultra-hochfrequent (UHF, GHz Bereich) untergliedern wobei zusätzlich noch zwischen batteriebetriebenen aktiven, halb-aktiven und passiven Systemen, bei denen die Stromversorgung durch das Lesegerät erfolgt, unterschieden wird.  Aufgrund des hohen Wartungsaufwandes für den Batterietausch bei aktiven RFID-Tags geht die Markt-Tendenz ganz klar in Richtung passive RFID-Lösungen, die auch wir bei 7iD Technologies empfehlen. Die Wahl des Frequenzbandes hängt stark von der gewünschten Reichweite und der Umgebung im gewünschten Anwendungsfall ab. Bei sicherheitskritischen Einsatzgebieten wie Zutrittssystemen, ist verschlüsseltes Lesen von Objekten, Gegenständen oder Personen im Nahfeld zu bevorzugen. Hier können LF und HF RFID bzw. auch Near Field Communication (NFC) ihre Stärken ausspielen. Sollen stattdessen viele, sich teils schnell bewegende Objekte über große Distanzen identifiziert werden, kommen UHF Komponenten zum Einsatz. Ein mögliches Szenario im industriellen Umfeld wäre etwa die automatische Erkennung ein- und ausfahrender LKWs und deren Beladung, um Rückstaus an den Durchfahrtstoren von Logistikdienstleistern zu verhindern. Ein weiteres oft unterschätztes Ausschlusskriterium ist die physikalische Limitierung der Funktechnologien aufgrund ihrer Wellenlänge. Beispielsweise bedarf es bei UHF Lösungen Fingerspitzengefühl bei hoher (Luft-)Feuchtigkeit, metallischer Umgebung und großer Hitze, da elektromagnetische Wellen im GHz-Frequenzbereich reflektiert bzw. absorbiert werden. Aus ökonomischer Sicht gibt es keinen eindeutigen Gewinner. Aufgrund der günstigen Tag-Preise hat die UHF Technologie bei großen Stückzahlen ihre Vorteile. Dafür sind die Lesegeräte teurer als bei LF und HF System. Projekterfahrungen aus unterschiedlichen Industrien wie beispielsweise Logistik, Railway und Produktion zeigen, dass sich die Technologieauswahl aus einer ausgewogene Mischung zwischen Kundenerwartungen, dem zu lösenden Problem, der Bedingungen vor Ort, den technologischen Möglichkeiten und den Projektkosten ergibt. 

In den nächsten Teilen dieser Reihe werden weitere Kommunikationstechnologien mit stärkerem Konsumentenfokus wie NFC, Bluetooth und WIFI sowie IoT Softwareplattformen als Dreh- und Innovationstreiber des „Internet of Things“ vorgestellt und genauer beleuchtet. Softwareplattformen wie jene von 7iD, werden in Zukunft eine immer größere Bedeutung zukommen, da sie den Einstieg in die Technologie erleichtern, System-Komplexität reduzieren und Zeit und Nerven vor, während und nach bei der Umsetzung sparen.