Wi-Fi vs. Mobilfunk: Finden Sie die beste Lösung für Ihr IoT -Projekt

Die Entscheidung, welche Konnektivitätsoption verwendet werden soll, ist eine äußerst wichtige Entscheidung bei der Entwicklung eines neuen IoT Projekts, die die Frage aufwirft: Soll ich Wi-Fi oder Mobilfunkkonnektivität verwenden?

Diese Frage lässt sich nicht einfach beantworten, da es je nach den individuellen Anforderungen jeder IoT Anwendung mehrere Antworten gibt. Alles hängt von den Eigenschaften Ihres Projekts, seinen Bedürfnissen und natürlich der Umgebung ab, in der sich die Geräte befinden.

In diesem Artikel gehen wir auf die Frage Wi-Fi vs. Mobilfunk ein, um Ihnen die Vor- und Nachteile beider Technologien aufzuzeigen und Ihnen zu erklären, wie Sie die richtige Option für Ihr Projekt auswählen können.

Ein Gerät, das sich mit einem Mobilfunknetz verbindet, nutzt seine SIM-Karte, da die Verbindung drahtlos über Mobilfunk läuft und nicht wie bei WLAN über einen Router. Die Datenübertragung über eine SIM-Karte oder einen Router birgt erhebliche Unterschiede hinsichtlich Sicherheit, Reichweite und Kosten.

Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Vorteile und Einschränkungen der einzelnen Optionen.

Mobilfunk für IoT

Die beiden populärsten zellularen IoT Technologien sind LTE-M und NB- IoT .

LTE-M (auch bekannt als Cat M1 oder Cat M2, je nach Spezifikation des LTE-M-Standards) ist die am weitesten verbreitete Methode. Viele IoT Dienstleister entscheiden sich aufgrund der geringen Kosten, der einfachen Implementierung und des niedrigen Stromverbrauchs dafür. Daneben gibt es NB-IoT (Narrowband Internet of Things), das speziell für IoT Anwendungen entwickelt wurde. Es nutzt 4G-Netze (jedoch nicht die LTE-Bänder) und ist daher weltweit verfügbar.

Beide Optionen sind gültig, aber je nach Projektmerkmalen ist eine immer besser geeignet IoT am besten für niedrige Datenraten in Anwendungsfällen geeignet ist, die keine hohen Aktualisierungsraten erfordern.

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Vor- und Nachteile von Mobilfunk für IoT

Vorteile:

• Hohe Netzwerkzuverlässigkeit: Mobilfunkbasierte IoT Geräte können Daten mit hohen Datenraten (10–100 Gbit/s) unabhängig von Wetterbedingungen oder der Entfernung zwischen Basisstation und Gerät (bis zur maximalen Ortungsentfernung) senden. Daher gewinnt die Mobilfunktechnologie zunehmend an Bedeutung für die Entwicklung integrierter Maschine-zu-Maschine-Kommunikationssysteme, die die drahtlose Zustandsüberwachung industrieller Anlagen ermöglichen.
• Sicherheit: Im Gegensatz zu WLAN werden Daten bei Mobilfunkverbindungen immer verschlüsselt. Die Sicherheit von WLAN ist je nach Netzwerkausbau häufig ein Problem.
• Vielseitigkeit: Darüber hinaus ermöglicht es Bewegungsfreiheit und erleichtert so die Aufrechterhaltung der Verbindung mit mobilen Geräten auch unter schwierigen Bedingungen.
  

Nachteile:

• Empfang: Einer der am häufigsten kritisierten Punkte ist der schlechte Empfang in Gebäuden und unterirdisch . Befinden sich Ihre Geräte ständig unter diesen Bedingungen, kann es zu Verbindungsabbrüchen kommen. Dasselbe gilt, wenn sich Ihre Geräte in ländlichen oder unterentwickelten Gebieten befinden, wo die Infrastruktur möglicherweise nicht ausreichend ist, um eine ständige Verfügbarkeit und Aktualität des Netzes zu gewährleisten.
• Rezertifizierung: Die Kombination von SIM-Karten verschiedener Anbieter kann eine Rezertifizierung Ihrer gesamten IoT Implementierung erforderlich machen.
• Kosten: Wenn Ihr Anwendungsfall das Senden großer Datenmengen erfordert, können die hohen Kosten der Datentarife zu einem Problem werden.

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W-lan

Geräte, die WLAN nutzen, benötigen einen Router, um eine Internetverbindung herzustellen. Daher müssen sie sich in Reichweite des Routers befinden. Das bedeutet in der Regel, dass sich Router und Gerät im selben Raum oder Gebäude befinden müssen.

Bei einer ordnungsgemäß eingerichteten Anlage sollte dies jedoch kaum ein Problem darstellen, da bei Bedarf Repeater eingesetzt werden können, um eine optimale Verbindung im gewünschten Bereich zu gewährleisten.

Für Orte wie Gebäude mit dicken Mauern, abgelegene Gebiete, ländliche Regionen, unterirdische Bereiche usw., die nicht mit Mobilfunksignalen erreichbar sind oder wo es noch gar keine Mobilfunkinfrastruktur gibt, ist WLAN oft die einzig praktikable Verbindungsmöglichkeit.

Wie sich die Wi-Fi-Leistung über die Generationen hinweg entwickelt hat. Quelle: Quectel .

Vor- und Nachteile von WLAN für IoT

Vorteile:

• Übertragungskapazität: Wi-Fi eignet sich für datenintensive Übertragungen, da es im Gegensatz zu Mobilfunknetzen keine Kostenbegrenzung für die übertragene Datenmenge gibt.
• Verbindung mehrerer Geräte: WLAN ist immer eine gute Option, wenn mehrere Geräte verbunden werden sollen, vorausgesetzt, Sie verfügen über eine ausgezeichnete Netzwerkkapazität.
• Geringe Latenz: Im Gegensatz zu Mobilfunknetzen müssen Sie Ihr Netzwerk nicht mit anderen Nutzern teilen. Dadurch ist die Latenz in der Regel kürzer.
• Zuverlässige drahtlose Verbindung: Dank eines weniger ausgelasteten Frequenzbandes, höherer Empfindlichkeit und größerer Verbindungsreserve bietet es eine zuverlässige drahtlose Verbindung.
  

Nachteile:

• Feste Konfiguration: Die Verbindung funktioniert recht gut, solange sich das verbundene Gerät innerhalb der Grenzen des WLAN-Netzwerks befindet. Dies schränkt die Mobilität stark ein.
• Sicherheit: Datenschutz und Sicherheit können je nach gewählter Option problematisch sein. In öffentlichen Netzwerken ist die Kommunikation standardmäßig unverschlüsselt. Verwenden Sie daher unbedingt einen sicheren Authentifizierungsmechanismus wie WPA2/WPA3.
• Netzwerkwartung: Anders als bei Mobilfunknetzen, wo die Netzwerkinfrastruktur vom Mobilfunkbetreiber bereitgestellt wird, ist bei WLAN mindestens ein Router mit Internetzugang erforderlich. Die Wartung und Sicherstellung der Verfügbarkeit einer solchen Infrastruktur kann in großem Umfang eine Herausforderung darstellen.
  
  
  

IoT -WLAN vs. Mobilfunk: Vergleich

Obwohl die Wi-Fi-Standards mittlerweile auf Wi-Fi 6 (802.11ax) weiterentwickelt wurden, unterstützen die meisten IoT Chips, wie beispielsweise der ESP32, nur bis zu 802.11n. Dies liegt daran, dass die meisten IoT Anwendungen keine hohe Bandbreite oder hohe Geschwindigkeiten benötigen.

Die Quelle dieser Werte sind die Forschungen von Mehmet Erkan Yüksel und können hier .

***Diese Werte können je nach Faktoren wie dem Netzbetreiber und den von ihm verwendeten Protokollen, der Signalqualität, den Geräteeinstellungen und sogar der Nutzlastgröße stark variieren.

Wann ist WLAN die bessere Option?

• Wenn Sie Zugriff auf den entfernten Standort haben, um ein WLAN-Netzwerk einzurichten.
• Wenn die Zahlung einer monatlichen Verbindungsgebühr pro Gerät finanziell nicht möglich ist.
• Wenn sich Ihr Projekt in einem Gebiet befindet, in dem die Mobilfunkdatenverfügbarkeit eingeschränkt ist.
• Wenn Sie mehrere Geräte in einem begrenzten Raum, wie beispielsweise einem Gebäude, miteinander verbinden müssen – vorausgesetzt, eine WLAN-Abdeckung ist möglich.
  

Wann ist Mobilfunk die bessere Option?

• Wenn die Einsatzbedingungen keinen Stromanschluss ermöglichen.
• Wenn die Zahlung einer monatlichen Verbindungsgebühr pro Gerät wirtschaftlich sinnvoll ist.
• Wenn der Einsatzort unklar ist oder Sie eine Standorterkennung benötigen.
  

Warum nicht beides verwenden?

Ihre Antwort könnte anders ausfallen als die Wahl zwischen WLAN und Mobilfunk; eine Kombination verschiedener Verbindungsoptionen könnte für Ihr Projekt die richtige Lösung sein. Auch wenn es nicht zum IoT Bereich gehört, hat die PC-Welt gezeigt, wie Endgeräte von einer dualen Konnektivität profitieren können, indem sie Computer mit Mobilfunkmodulen ausstatten: „Mobilfunk ist nicht als Ersatz für WLAN gedacht, aber für Unternehmen mit vielen mobilen Mitarbeitern ist es allgemein bekannt, dass WLAN nicht immer verfügbar ist“, so Joe O'Connor, VP PC OEM Sales bei Quectel Wireless Solutions .

Eine Deloitte-Studie zur Einführung fortschrittlicher drahtloser Technologien belegt darüber hinaus, dass es für bestimmte Anwendungsfälle sinnvoll ist, beide Technologien einzusetzen: „Netzwerkverantwortliche berichten, dass ihre Unternehmen beide Technologien für ihre drahtlosen Initiativen nutzen. Sie bevorzugen Wi-Fi 6 für Innenräume, Campusgelände und Festnetzumgebungen und 5G für Außenbereiche, außerhalb des Campusgeländes und mobile Netzwerkumgebungen.“

In ähnlicher Weise kann ein IoT Produkt von einer Mobilfunkverbindung profitieren, entweder als Backup oder als Backhaul für einen Wi-Fi-Router.

IoT erfahren möchten, können Sie das Whitepaper von Quectel herunterladen: Warum Wi-Fi 6 Hand in Hand mit Mobilfunk geht, um die hypervernetzte Unternehmenszukunft zu ermöglichen .

Wi-Fi HaLow: Ein neuer Standard, der Wi-Fi besser für IoT geeignet macht

Ein spannender und noch neuer Standard, der wie geschaffen ist für IoT , ist 802.11ah oder Wi-Fi HaLow , eine offene drahtlose Netzwerktechnologie, die im Frequenzbereich von 850–950 MHz arbeitet. Signale können dadurch deutlich größere Entfernungen zurücklegen und Wände sowie Hindernisse durchdringen, die bei höheren Frequenzen unüberwindbar sind.

Neben Wi-Fi HaLow gibt es Wi-Fi 6 (802.11ax ), das primär für den Einsatz in stark frequentierten öffentlichen und industriellen Umgebungen entwickelt wurde. Es zeichnet sich außerdem durch seine schnellere Reaktionszeit zwischen verbundenen Geräten aus. Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) , Target Wake Time (TWT) und Multi-User Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO) gehören zu den in Wi-Fi 6 enthaltenen Technologien, die die Effizienz verbessern, den Datendurchsatz erhöhen und/oder den Stromverbrauch senken sollen.

Auch wenn Wi-Fi im Vergleich zu anderen Optionen, die eine größere Reichweite und einen geringeren Stromverbrauch bieten, im IoT fehl am Platz erscheint, ist die Wahrheit, dass Wi-Fi, selbst ohne Berücksichtigung neuer Standards wie HaLow, im IoT Einsatz sowohl allein als auch in Kombination mit anderen Technologien äußerst nützlich sein kann.

Mobilfunk hat sich als einer der Hauptakteure in der Entwicklung des IoT erwiesen und sollte daher aufgrund seiner weiten Verbreitung stets als Option für neue Anwendungen in Betracht gezogen werden. Letztendlich hängt die Entscheidung für eine dieser Optionen jedoch von der Position und Mobilität der Geräte, der Anzahl der Geräte sowie der wirtschaftlichen Kompatibilität der Technologie mit Ihrem Projekt ab.

Häufig gestellte Fragen

Welche Vorteile bietet Wi-Fi für IoT?

• Ideal für Umgebungen, in denen die Geräte überwiegend stationär sind oder sich in einem bestimmten Bereich aufhalten.
• Höhere Bandbreite und geringere Latenz.
• Ideal geeignet für Orte wie Gebäude mit dicken Mauern, abgelegene Gebiete, ländliche Regionen, unterirdische Orte usw.
  

Welche Vorteile bietet Mobilfunk für IoT?

• Die flächendeckende Verfügbarkeit der Infrastruktur macht sie zu einer nahezu immer verfügbaren Option.
• Sehr energieeffizient.
• Die SIM-basierte Authentifizierung und die automatische Verschlüsselung machen es zu einer sehr sicheren Option.
  

WLAN oder Mobilfunk – was soll ich verwenden?

Auch wenn die genannten Vorteile einen ersten Eindruck von der besten Option vermitteln können, hängt die tatsächliche Lösung vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Daher sollten alle Vor- und Nachteile sorgfältig abgewogen werden. Wichtig ist jedoch, dass sich diese Technologien gegenseitig ergänzen und miteinander kombiniert werden können.