Wie Maschinen kommunizieren

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Die automatische Erfassung und Abrechnung der Mautgebühren für LKWs veranschaulicht, welches Potenzial in der Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation bereits seit Jahren steckt.

M2M-Paradebeispiel: LKW-Maut

Geschätzte 500.000 Brummis sind hierzulande mit einem integrierten Steuergerät ausgestattet und damit flotter auf den Autobahnen unterwegs. Denn die Onboard Units (OBU) erkennen anhand der GPS-Ortung und stationärer Sensoren, welche Streckenabschnitte der jeweilige LKW durchfährt. Sie erfassen im Abgleich mit den gespeicherten Daten die anfallenden Kosten und melden über eine Mobilfunkverbindung die Informationen an die zentrale Mauterhebungsstelle.

Bis auf wenige veränderliche Daten, die der Trucker vor Fahrtantritt eingibt, läuft der komplette Prozess ohne dessen Zutun ab. Im Vergleich zu dem manuellen Verfahren muss sich der Fahrer weder um die Einbuchung noch um die Stornierung bei Streckenänderungen kümmern. Das spart kostbare Zeit, die in der Transportbranche ein hohes Gut ist.

Was hinter der M2M-Technologie steckt 

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Verallgemeinert sprechen die IT-Experten von M2M, wenn der Datenaustausch zwischen intelligent vernetzten Objekten untereinander oder mit zentralen Servern beispielsweise über Mobilfunkverbindungen oder das Festnetz automatisiert abläuft. Über alle Branchen und Bereiche hinweg lautet dabei das Ziel, durch effizientere Prozesse Zeit- und Kostenvorteile zu erreichen.

Als sogenannte Datenendpunkte kommen neben Fahrzeugen unter anderem auch Automaten, Heizungsanlagen, Videokameras und Alarmanlagen in Frage. Meistens sind diese Maschinen mit Sensoren ausgestattet, die unterschiedlichste Kenndaten wie die aktuellen Koordinaten (GPS), Füllstände, Verbrauchsdaten oder Messwerte sowie den Betriebszustand einer Maschine vor Ort erfassen. Ins System integrierte Übertragungsmodule bilden die Schnittstelle zum kabelgebundenen Kommunikationsnetzwerk im Unternehmen oder direkt in das Mobilfunknetz. Die erfassten Daten werden in vorgegebenen Abständen oder bei zeitkritischen Anwendungen sofort beispielsweise über das gängige Internet-Protokoll (IP) dem zentralen Datenintegrationspunkt wie beispielsweise einer Leitstelle übermittelt.

Maschinen-Vernetzung über den Mobilfunk

Bei allen beweglichen Objekten führt am Datenaustausch über Mobilfunk ohnehin kein Weg vorbei. Doch auch bei stationär betriebenen Maschinen bieten die Handynetze gegenüber der klassischen Festnetzanbindung über einen Router und eine Standleitung Vorteile. Industrietaugliche Mobilfunkeinheiten von Herstellern wie Cinterion, Huawei oder Sierra Wireless vernetzen die Maschinen ohne zusätzlichen Aufwand für die Verkabelung über gängige Mobilfunktechnologien wie GSM, GPRS, EDGE oder gar UMTS/HSPA.

Im M2M-Umfeld spielt die verfügbare Bandbreite eine eher untergeordnete Rolle, da die übertragene Datenmenge meist vergleichsweise gering ist. In manchen Anwendungen reicht es sogar, wenn die Maschinen einfache SMS-Nachrichten senden und empfangen. Ist dagegen ein Datenaustausch in Echtzeit und die permanente Verfügbarkeit der Verbindungen (Always-Online-Funktion) gefordert, empfiehlt sich die paketorientierte Maschinen-Kommunikation via UMTS oder GPRS.

Im professionellen Umfeld sind Kriterien wie die Zuverlässigkeit, ständige Verfügbarkeit oder auch die Anzahl gleichzeitig nutzbarer Verbindungen zur Steuerzentrale entscheidend. Bei zeitkritischen Anwendungen kommt es zudem auf möglichst kurze Antwort- und Reaktionszeiten an. Effizientes Flottenmanagement in einer weltweit operierenden Spedition setzt über Ländergrenzen oder ganze Kontinente hinweg ein flächendeckendes Mobilfunknetz voraus. Diese Forderung erfüllen nur Anbieter, die weltweit auf leistungsfähige Roamingpartner zurückgreifen können.

SIM-Chip statt Mobilfunkkarte

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Als Alternative zu den klassischen SIM-Karten, die in jedem Handy der Teilnehmeridentifikation dienen, übernehmen im M2M-Business zunehmend winzige SIM-Chips diese Aufgabe. Die fest verlötbaren Bausteine bieten robustere Kontakte als Kartenhalter und erfüllen zudem die harten Anforderungen der Industrie, zu denen ein zuverlässiger Betrieb in einem erweiterten Temperaturbereich (-40 bis +85 Grad Celsius) zählt. Auf der anderen Seite erschweren die SIM-Chips den Wechsel des Netzbetreibers.

Die Datentarife und Services der Provider

Die Mobilfunkanbieter stellen direkt oder indirekt über ihre Systempartner geeignete Tarifoptionen mit nationaler oder internationaler Gültigkeit und die zugehörigen M2M-SIM-Karten, die keine Sprachkommunikation zulassen, bereit. Abgerechnet wird nach dem verbrauchten Datenvolumen, das beispielsweise in ein Kilobyte große Pakete unterteilt wird.

Tarifmodelle mit Inklusivvolumen bieten mehr Planungssicherheit auf der Kostenseite. Doch die gefragten Businesskunden erhalten bei ihrem Mobilfunkpartner neben einer Datenkommunikationslösung auch die Möglichkeit, ihren SIM-Karten-Pool schnell und unkompliziert in Eigenregie zu verwalten. Das Kartenmanagement erfolgt meist über einfach zu bedienende Webportale, die von jedem internetfähigen PC erreichbar sind.

In Zusammenarbeit mit externen M2M-Systemintegratoren geben die Expertenteams der Mobilfunkanbieter Unterstützung bei der Realisierung kundenspezifischer Anwendungen. Vodafone beispielsweise unterhält dazu ein eigenes Test- und Innovationscenter. Die Telekom kann neben ihrem Partnernetzwerk auch auf das Know-how der T-Systems-Sparte beispielsweise beim Betrieb der ebenfalls nötigen Portale und Server zurückgreifen. In gefragten Segmenten wie dem Flottenmanagement (Tracking & Tracing) sollen einfacher implementierbare Standardlösungen Neukunden den Einstieg in die M2M-Kommunikation erleichtern.

Kommunikation ist keine Einbahnstraße

Ausgefeilte Lösungen können jedoch viel mehr als der Steuerzentrale einen aktuellen Überblick über den Zustand des Maschinenparks geben. Idealerweise soll der Operator in der Leitstelle auch gleich die gemeldete Störung per Fernwartung beseitigen. Oder ein anderes Beispiel: Der Privatanwender möchte seine Heizungsanlage oder das Alarmsystem mit dem Smartphone nicht nur überwachen, sondern auch bequem fernsteuern.

Solche Anforderungen kabellos zu erfüllen, ist gar nicht so einfach. Im IP-basierten Datenaustausch muss gewährleistet sein, dass jedes Endgerät über GPRS-Mobilfunkverbindungen direkt ansprechbar ist. Für den bidirektionalen Informationstausch muss die M2M-Lösung daher den Endgeräten eine feste IP-Adresse zuweisen. Ist dies der Fall, steht der drahtlosen Kommunikation intelligent vernetzter Objekte in beiden Richtungen nichts mehr im Weg.

Sollen die Maschinen sensible Unternehmensdaten austauschen, können die Mobilfunkpartner die Datenkommunikation zusätzlich absichern. Bewährte Technologien wie VPN (Virtual Private Network) nutzen das Internet, schotten die Verbindung aber gegen den öffentlichen Datenverkehr ab. Die Verschlüsselung der Nutzdaten sowie integrierte Authentifizierungsverfahren bieten zusätzlich Schutz.

Wachstumstreiber eCall und Smart Metering

Dass Entscheidungen auf politischer Ebene der M2M-Branche einen gewaltigen Schub geben können, hat die LKW-Maut bereits bewiesen. Einen vergleichbaren Effekt könnte die Verpflichtung bewirken, Fahrzeuge mit einem Notrufsystem (eCall) auszustatten, das bei einem Unfall automatisch die Uhrzeit und Positionsdaten an die nächste Rettungsleitstelle sendet.

In Italien und Schweden müssen nicht nur Neubauten, sondern sämtliche Haushalte mit intelligenten Stromzählern (Smart Metering) ausgerüstet werden. Auch diese Regelung dürfte der Machine-to-Machine-Kommunikation mächtig Auftrieb geben.

Ungeachtet politischer Vorgaben werden M2M-Lösungen die Arbeitsabläufe in den Unternehmen und auch das alltägliche Leben in Zukunft stark verändern. Angesichts der Tatsache, dass fast jeder Mensch schon ein Handy besitzt, scheint es nur eine Frage der Zeit zu sein, bis Maschinen und andere Dinge künftig zu heiß begehrten "Neukunden" der Mobilfunkanbieter avancieren.