IoT-Konnektivität via Satellit sorgt für globale Netzabdeckung

In der digitalen Welt von heute ist kaum etwas so frustrierend wie ein Netzausfall oder der gefürchtete „bunte Kreis des Todes“ auf dem Bildschirm unseres Laptops oder Smartphones. Da so vieles in unserem täglichen Leben von der Verfügbarkeit des Internets abhängt, kann dies äußerst entmutigend sein.

Obwohl die Kommunikationstechnologie in den letzten drei Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht hat – etwa 95 Prozent der Weltbevölkerung haben Zugang zu einem Mobilfunknetz¹ –, fehlt es in vielen ländlichen Gebieten immer noch an einer ausreichenden Netzinfrastruktur.

Natürlich ist es sinnvoll, die Netzabdeckung auf städtische Gebiete zu konzentrieren, wo die meisten Menschen leben und arbeiten. Das rasante Wachstum des Internets der Dinge in den letzten Jahren zeigt jedoch, dass die Netzabdeckung auch auf entlegenere Gebiete ausgedehnt werden muss, die bisher außerhalb der Reichweite von Mobilfunknetzen lagen. Denn dort entsteht eine Versorgungslücke, die das Potenzial vieler IoT-Anwendungen einschränkt.

Mit der steigenden Nachfrage nach IoT-Konnektivität – im Jahr 2024 werden jede Minute fast 5.000 Geräte mit dem Internet verbunden sein² – wächst auch der Bedarf an einer vollständigen globalen Netzabdeckung. Nur wenn die weltweite Konnektivität gewährleistet ist, kann jede und jeder von den Vorteilen einer vollständig vernetzten Welt profitieren.

Dank der jüngsten Entwicklungen in der Satellitentechnologie kann diese Versorgungslücke nun endlich geschlossen werden.

Die Konnektivitätslücke schließen

Es war die Sowjetunion, die 1957 mit Sputnik 1 den ersten Satelliten in die Erdumlaufbahn schickte – seitdem bestimmt die Satellitentechnik in vielen Bereichen das Leben auf dem Blauen Planeten. GPS-Dienste, Fernsehübertragungen oder Wettervorhersagen wären ohne sie nicht möglich. Satelliten helfen der Menschheit, den Weltraum zu erforschen und die Erde besser zu verstehen.

Seitdem hat sich die Satellitentechnologie technisch und in ihren Anwendungsmöglichkeiten stark weiterentwickelt. Wenn es um die globale Netzabdeckung geht, liegt es auf der Hand, dass Satellitenverbindungen die Verbindungslücke in abgelegenen und unterversorgten Gebieten schließen können, also in jenen, die von terrestrischen Mobilfunknetzen nicht erreicht werden. Doch ganz so einfach ist es nicht.

Die Satellitenkommunikation ist ein proprietäres System. Die damit verbundenen hohen Kosten und die mangelnde Interoperabilität zwischen Geräten und Netzen waren bisher ein Hindernis für die allgemeine Akzeptanz. Das wird sich bald ändern.

Jüngste Entwicklungen zeigen, dass zellulare terrestrische Netze wie 5G mit satellitengestützten nichtterrestrischen Netzen verbunden werden können. Vorausgesetzt, die Satelliten-Netzwerke unterstützen dies oder entsprechen den dafür relevanten 3GPP-Standards. Dies ermöglicht endlich eine nahtlose globale Abdeckung für alle Geräte überall auf der Welt mit nur einer SIM-Karte.

Mehrere Faktoren haben diese Entwicklung begünstigt:

• Technologische Fortschritte: Signifikante Verbesserungen in der Satellitentechnologie wie Miniaturisierung, effizienteres Design und fortschrittliche Materialien haben den Bau und den Einsatz von Satelliten kostengünstiger gemacht.
• Nutzung von LEO-Konstellationen: Satellitenkonstellationen in erdnahen Umlaufbahnen (Low Earth Orbit; LEO) bieten im Vergleich zu geostationären Satelliten oder Satelliten in mittleren Erdumlaufbahnen (Medium Earth Orbit; MEO) eine geringere Latenzzeit, eine höhere Bandbreite sowie eine bessere Kosteneffizienz und eignen sich daher besser für eine breite Palette von IoT-Diensten.
• Öffentliche und private Investitionen: Steigende Investitionen staatlicher Raumfahrtbehörden und privater Unternehmen in die Satellitentechnologie haben die Innovation und Entwicklung in diesem Sektor gefördert.
• Standardisierung: Die Integration der Satellitenkommunikation in terrestrische Netze wird erleichtert, sofern die nichtterrestrischen Netze mit dem 3rd Generation Partnership Project (3GPP) kompatibel sind.

Dieser letzte Aspekt ist besonders wichtig. Die Standardisierung gewährleistet Interoperabilität und globale Kompatibilität, sodass Geräte verschiedener Hersteller in unterschiedlichen Netzen nahtlos zusammenarbeiten können. Ein wesentlicher Bestandteil der Spezifikationen ist die Anpassung der Schmalband-IoT-Technologie (Narrowband-IoT, NB-IoT), damit sie auch in nichtterrestrischen Netzen reibungslos funktioniert. Diese Anpassung ermöglicht Geräten, die für Low-Power-Wide-Area-Network(LPWAN-)Anwendungen konzipiert sind und ihre Daten möglicherweise nur alle paar Stunden übertragen müssen, eine zuverlässige Verbindung über die Satellitensysteme. Das wird wiederum die globale IoT-Abdeckung vereinfachen und den Bedarf an größeren Satellitenkonstellationen verringern.

Um die IoT-Konnektivität zu verbessern, bietet die Spezifikation in Version 17 auch eine verbesserte Unterstützung für die Integration von Satelliten auf verschiedenen Umlaufbahnen in die breitere 5G-Netzwerkarchitektur. Dadurch wird sichergestellt, dass Geräte und Infrastrukturen, die für 5G entwickelt wurden, auch mit Satellitennetzen kompatibel sind, ohne dass größere Änderungen erforderlich sind. 

Der Vorteil für IoT-Dienstleister: Die 3GPP-Spezifikationen machen IoT-Konnektivität über Satelliten nicht nur leichter zugänglich, sondern ebnen auch den Weg für künftige, umfassendere IoT-Anwendungen. Doch nicht alle Satelliten sind gleich.

GEO, MEO, LEO: Welche Satelliten für das IoT?

Derzeit befinden sich nahezu 8.000 Satelliten³ in der Umlaufbahn, die anhand ihrer Position im Orbit in drei Kategorien eingeteilt werden können: Geostationäre Erdumlaufbahn (GEO), mittlere Erdumlaufbahn (MEO) und niedrige Erdumlaufbahn (LEO). Für die globale Abdeckung der IoT-Konnektivität sind LEO-Satellitensysteme die klaren Gewinner.

GEO-Satelliten befinden sich in einer festen Höhe von etwa 36.000 Kilometern über der Erdoberfläche. Sie decken große Regionen wie Nordamerika oder Europa ab und eignen sich daher ideal für Anwendungen wie die Übertragung von Satellitenfernsehen. Ihre enorme Höhe führt jedoch zu vergleichsweise langen Latenzzeiten und begrenzten Datenraten, während ihre äquatoriale Umlaufbahn die Fähigkeit zur globalen Abdeckung einschränkt.

MEO-Satelliten hingegen bewegen sich auf einer Umlaufbahn zwischen LEO und GEO in einer Höhe von etwa 8.000 bis 20.000 Kilometern. Diese Satelliten bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Reichweite und Umlaufgeschwindigkeit und eignen sich gut für Anwendungen wie GPS-Navigation und Kommunikationsdienste. Hinsichtlich der globalen Abdeckung sind MEO-Satelliten den LEO-Satelliten jedoch unterlegen.

Die Stärke von LEO-Satellitenkonstellationen, die aus einer Vielzahl von LEO-Satelliten bestehen, liegt sowohl in ihrer Höhe (400 bis 1.500 Kilometer) als auch in ihrer Umlaufgeschwindigkeit (8 km/s), die sie ideal für mobile Breitband- und IoT-Anwendungen macht. Die Kombination aus schneller Datenübertragung und geringer Latenz ist ideal für reaktionsschnelle Echtzeitanwendungen in abgelegenen Gebieten, wie beispielsweise Katastrophenhilfe oder mobile Logistiküberwachung. Darüber hinaus gewährleistet die hohe Geschwindigkeit des Satelliten im Orbit eine globale Abdeckung aller Regionen – ein entscheidendes Kriterium, um die Akzeptanz und den Ausbau der satellitengestützten Konnektivität in den kommenden Jahren voranzutreiben. Für eine lückenlose Abdeckung bedarf es jedoch einer vergleichsweise hohen Anzahl von Satelliten.

Erschließung des IoT-Potenzials mit Satellitennetzen

Die nahtlose Integration nichtterrestrischer Netze mit terrestrischen 5G-Netzen mindert viele der Kosten und logistischen Herausforderungen, die bisher mit der Satellitenkommunikation einhergingen. Die Auswirkungen werden sowohl auf der Seite der Verbraucherinnen und Verbraucher als auch auf der Ebene des Massive IoT deutlich spürbar sein. Ein verbesserter Internetzugang kann Milliarden von Menschen in abgelegenen und unterversorgten Gebieten sozialen und wirtschaftlichen Aufschwung bringen. Für die Massive-IoT-Branche ist die Liste der potenziellen neuen Anwendungsfälle lang und vielfältig.

In den Bereichen Transport und Logistik beispielsweise spielen Satellitenverbindungen eine immer wichtigere Rolle bei der Überwachung und Verfolgung von Gütern, wenn sie sich in entlegenen Gebieten mit schlechter oder fehlender Mobilfunkabdeckung befinden. Satelliten können wichtige Daten wie Standort, Temperatur und andere Bedingungen übermitteln, die für die Unversehrtheit der Waren wichtig sind. Dies ist besonders für stromsparende Telematikgeräte nützlich. Sie werden zur Verfolgung von Fahrzeugen und Containern oder für Zustandsberichte auf ausgedehnten Schifffahrtsrouten eingesetzt und optimieren das Lieferkettenmanagement.

Auf See, wo es keine oder nur eine geringe Mobilfunkinfrastruktur gibt, spielt diese Funktion eine noch größere Rolle. Neben der Ortung des Schiffes und der Überwachung der Ladung kann die Satellitenverbindung auch die Sicherheit der Besatzung erhöhen, da sie im Notfall die Fernwartung und Echtzeitkommunikation ermöglicht.

All diese Vorteile lassen sich auch auf viele andere Branchen übertragen, beispielsweise auf die Landwirtschaft, die Öl- und Gasindustrie, den Umweltschutz oder den Bergbau. Selbst in den entlegensten Regionen der Welt wird so der Zugang zu Hochgeschwindigkeitsnetzen mit geringen Latenzzeiten ermöglicht. Es bleibt zu hoffen, dass der Dominoeffekt für Innovation und Wirtschaftswachstum enorm sein wird, wenn diese Netze weiter ausgebaut werden und neue Anwendungsfälle entstehen.

Wann wird diese Technologie also verfügbar sein? Fakt ist, dass sie bereits verfügbar ist. Einige Branchenunternehmen bieten bereits satellitengestützte Konnektivitätsdienste für Breitband- und IoT-Dienste an. In den kommenden Jahren wird jedoch mit einer explosionsartigen Verbreitung gerechnet. Bis 2027 soll die Zahl der IoT-Abonnenten über Satellit mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 42 Prozent wachsen und von 5,9 Millionen im Jahr 2023 auf 23,9 Millionen ansteigen⁴.

Im Juni 2023 ging G+D eine Partnerschaft mit Sateliot ein, einem Netzwerkbetreiber für Satellitenkommunikation mit Hauptsitz in Barcelona, um sein führendes IoT-Angebot durch eine globale Abdeckung zu erweitern. Mithilfe des Sateliot-Netzwerks aus LEO-Nanosatelliten mit 5G-Abdeckung für NB-IoT (Narrowband IoT) werden die IoT-Dienste von G+D in der Lage sein, bei Bedarf automatisch zwischen Mobilfunk- und Satellitenkommunikation zu wechseln. Dies gewährleistet eine nahtlose und ununterbrochene Konnektivität für IoT-Geräte auf der ganzen Welt. Die Partnerschaft macht G+D zum einzigen End-to-End-Anbieter von IoT-Konnektivität mit einer wirklich weltumspannenden Abdeckung sowie zum ersten Anbieter einer iSIM, die sowohl Mobilfunk- als auch Satellitenkonnektivität nutzt.

Mit zunehmender Bedeutung der Satellitenkonnektivität in globalen IoT- und Mobilfunknetzen ist es wichtig zu betonen, dass sie die terrestrische Konnektivität nicht ersetzen, sondern vielmehr ergänzen soll. Dieses Zusammenspiel wird dazu beitragen, die globale Konnektivitätslücke zu schließen und sicherzustellen, dass jeder und jedes Gerät an jedem Ort der Welt miteinander verbunden bleibt. Konnektivität und Lebenszyklusmanagement werden dabei eine zentrale Rolle spielen. Nichtterrestrische Netze sind bereits in Plattformen wie der IoT Suite von G+D integriert, sodass Geräte bei Bedarf beide Arten der Konnektivität nutzen können. So bleiben sie unabhängig von Standort und Infrastruktur vernetzt, was echte globale Konnektivität ermöglicht.

Veröffentlicht: 12.03.2024