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25.11.2004

Daten besser mit GPRS funken

Nur allzu oft wird das Potenzial von GPRS in der maschinellen Datenkommunikation unterschätzt.Dabei ist sie preiswerter und verlässlicher als mancher Konkurrenzstandard.

Bislang werden Funkverbindungen nur gelegentlich als Backup-Lösungen eingesetzt, um eine Festverbindung oder eine ISDN-Wählleitung abzusichern. Mit dem Mobilfunkstandard General Packet Radio Service (GPRS) steht jedoch eine hochverfügbare und flexible Technik zur Verfügung, die sich gut in die IP-Welt integrieren lässt. Darüber hinaus spricht für die ständig geschaltete Funkverbindung, dass sie den Anwendern Kostenvorteile verschafft, wenn sie die Besonderheiten der Abrechnungsmodelle berücksichtigen. Anwendungsbeispiele hierfür sind etwa die Vernetzung von Tankautomaten oder das automatische Stromablesen.

Hierzulande wird Mobilfunk immer noch vor allem mit dem Telefonieren per Handy gleichgesetzt. So erzielen die Mobilfunkunternehmen lediglich 16 bis 18 Prozent ihrer Umsätze mit der mobilen Datenkommunikation - und davon entfallen 90 Prozent auf den Versand von SMS-Kurznachrichten. Ein relativ neues Geschäftsfeld mit einem großen Potenzial ist dagegen die Datenkommunikation zwischen Maschinen über Funk: Über 50 Milliarden Geräte warten darauf, miteinander kommunizieren zu können.

Hier bietet sich mit GPRS eine Technik an, die eigentlich viel zu schade dafür ist, um als bloße Zwischenlösung auf dem Migrationsweg vom älteren Mobilfunkstandard GSM zum Nachfolger Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) abqualifiziert zu werden. Die mittlerweile flächen-deckenden GPRS-Netze bieten nämlich eine solide Basis, und im Gegensatz zum GSM wird volumenabhängig abgerechnet, so dass ein ständiger Zugang realisierbar ist.

Das ist aber noch lange nicht alles. Die Verfügbarkeit von GPRS ist zudem erheblich besser, da bis zu fünf GSM-Kanäle ausschließlich für die Datenübertragung zur Verfügung stehen. Die theoretische Bandbreite von 171 Kbit/s wird in der Praxis allerdings nur selten erzielt. Dennoch reicht der tatsächliche Durchsatz, der zwischen 20 und 35 Kbit/s liegt, für die meisten Aufgaben in der Datenkommunikation aus. Schließlich unterhalten sich Automaten in sparsamen Zahlenreihen und nicht in bandbreitenfressenden Multimedia-Applikationen. Ferner kennt GPRS verschiedene Serviceklassen, in denen die Verzögerung, im Fachjargon Delay genannt, eingestellt wird. Zusätzlich gibt es einen Mechanismus für die Fehlerkorrektur bei verlorenen Paketen und die Überwachung der Antwortzeiten (Quality of Service). Durch insgesamt vier Codierschemen lässt sich darüber hinaus der Datendurchsatz an die vorhandene Bandbreite anpassen. Die maximale Datenrate ohne Korrekturmechanismen liegt bei 21,4 Kbit/s pro GSM-Kanal. Um den Datenverkehr beim Wechsel der Funkzelle (Roaming) aufrechtzuerhalten, verwendet GPRS ein dynamisches Routing, das im SGSN abgehandelt wird.

Dieses Kürzel bezeichnet den Serving GPRS Support Node, der als Dienste-Server fungiert. Ihm zur Seite steht das Gateway GPRS Support Node (GGSN). Das SGSN steuert den Zugriff der Geräte auf das GPRS-Netz und sorgt für die Weiterleitung der Datenpakete. Das GGSN übernimmt dagegen die Gateway-Funktion zum Internet. Noch ein Fremdwort im Zusammenhang mit der Datenübertragung per GPRS ist Access Point Name (APN): Diese Adresse, beispielsweise "internet.t-d1.de", muss in die Mobilfunkgeräte eingetragen werden, um überhaupt ins Internet zu kommen. Ansonsten gleicht die Konfiguration dem vom Festnetz bekannten Internet-Zugang.

Aufgrund der speziellen Datenkommunikationstarife, die hierzulande beispielsweise T-Mobile und Vodafone offerieren, wird die Technik für den professionellen Einsatz immer interessanter - auch wenn die Preise angesichts des Kleingedruckten nicht einfach zu verstehen und zu vergleichen sind. Die monatlichen Pauschalgebühren mit Volumenkontingenten variieren von 3,95 Euro bis 29,95 Euro. Aufgrund der Kostenvorteile dringt die Funktechnik nun in Bereiche vor, die bisher Festnetzanwendungen wie ISDN oder Standleitungen vorbehalten war. Damit lassen sich beispielsweise Kassen oder Geldautomaten betreiben. GPRS ist so kostengünstig, dass es sich mittlerweile lohnt, ISDN lediglich als Backup zu verwenden. Kommt eine private APN zum Einsatz, die das Internet ausschließt, ist GPRS auch ein alternatives Zugangsmedium zum Firmennetz. Zugunsten einer höheren Verfügbarkeit gibt es zudem die Möglichkeit, eine zweite SIM-Karte in die Zugangsgeräte einzubauen, so dass sofort auf eine mobile Backup-Lösung ausgewichen werden kann, wenn eine Verbindung ausfällt. Falls ein Festnetz zur Verfügung steht, kann dies auch über ISDN oder DSL realisiert werden. Für spezielle Aufgaben gibt es noch die Alternative, native Protokolle wie Frame Relay oder ATM zu fahren, was beispielsweise für Geld- oder Verkaufsautomaten wichtig ist. Die GPRS-Übertragung selbst lässt sich durch IPsec absichern. Diese Technik baut einen sicheren Tunnel durch das Internet auf und verfügt über Verschlüsselungs- sowie Authentifizierungsmechanismen.

Diese Aufzählung zeigt die Komplexität der Technik, lässt aber gleichzeitig erahnen, welches Potenzial GPRS bietet. Um dieses wirklich auszuschöpfen, sollte bei der Projektplanung ein kompetenter Partner zu Seite stehen. Welche Lösungen mit dem Datenfunk von Maschine zu Maschine möglich sind, zeigen zwei Praxisbeispiele.

Tanken im polnisch-russischen Grenzgebiet, ohne Anschluss an eine Kommunikationsstruktur, das waren die Anforderungen eines Kunden an den Tankautomatenhersteller Hectronic in Bonndorf. Dafür setzt das Unternehmen in der Zentrale und in den Tankstellen den GPRS-Router R51 von TDT aus Essenbach bei Landshut ein. Warum ist die Always-on-Funktechnik GPRS für den Anwender hier die erste Wahl? Martin Blum, Produkt-Manager von Hectronic, beschreibt die Lösung: "Der Tankautomat übermittelt mehrmals täglich die Tankdaten der Kunden an die Zentrale und erhält eine aktuelle Sperrliste, um zu verhindern, dass Fahrer mit abgelaufenen oder gestohlenen Tankkarten Treibstoff bekommen." Die Datensätze umfassen etwa 500 KB pro Tag und sind in knapp acht Minuten übertragen.

Insgesamt machte Blum mit GPRS gute Erfahrungen, musste aber einige Besonderheiten beachten. So erforderte die schwache Funkausleuchtung in Polen den Anschluss einer externen Ringantenne. Zwar ließ sich die Fernkonfiguration der Geräte einfach durch einen Standard-Internet-Browser vornehmen. Dennoch unterschied sich die Lösung von den gewohnten ISDN- oder Festverbindungen per Router. "Da die Mobilfunk-Provider keine festen IP-Adressen vergeben, mussten wir für unsere Konfiguration DynIP-Dienste verwenden", ergänzt Blums Kollege Bernhard Metzler. Der Softwareentwickler konnte hier auf eine Beispielkonfiguration des Router-Herstellers TDT zurückgreifen. Die komplette Installation wurde in Deutschland getestet und anschließend vom polnischen Tochterunternehmen installiert.

Stromzähler per GPRS ablesen

Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von GPRS als Datenfunk ist das Stromablesen. Bisher werden die Stromzähler von Industriekunden üblicherweise per GSM oder per Festnetz ausgelesen und in die Zentrale übermittelt. So liest der Energieversorger RWE jede Nacht etwa 40000 Zähler ab. Die tägliche Datenmenge liegt bei rund 130 KB oder 3,8 MB pro Monat. "Eine ideale Anwendung für GPRS, die pro Zähler etwa neun Euro an Gebühren im Monat einspart", stellt Peter Zintl, technischer Prokurist von ITF Fröschl in Walderbach, fest. Fröschl hat sich seit zehn Jahren auf die Zählerdatenerfassung spezialisiert und bezeichnet sich als Marktführer im deutschsprachigen Bereich. Im günstigsten Tarif Data 5 von T-Mobile, für den der Mobilfunkbetreiber 8,75 Euro pro Monat berechnet, sind nämlich bereits 5 MB inbegriffen. Jedes weitere MB kostet 1,59 Euro. Bei den Tausenden von Zählern käme hier ein nennenswertes Einsparungsvolumen zusammen. Gemeinsam mit RWE untersucht das Unternehmen im Rahmen eines Feldversuchs, ob sich die Mobilfunktechnik dafür einsetzen lässt.

"Der Preis für den GPRS-Router ist nur unwesentlich höher als für das bisherige GSM-Modem", vergleicht Zintl den Aufwand. Lediglich das Design muss geändert werden, da die Router von TDT im Huckepackverfahren montiert werden. Darüber hinaus ist die stromtechnische Absicherung wichtig, da die Router direkt auf eine stromführende Schnittstelle zugreifen. Ein wichtiges Kriterium für Zintl ist die Verfügbarkeit der Verbindung, da die Ablesedaten nicht verloren gehen dürfen. Zusätzlich wird die Lösung über DynIP betrieben, um alle Ablesestationen zu identifizieren. Die Feldversuche laufen seit dem Frühjahr.

Von einem Hype ist der Markt für mobile Datenkommunikation weit entfernt. Zwar benennt eine aktuelle Studie von Roland Berger große Potenziale für Mobile Payment, MMS-Dienste oder professionelle Services. Allerdings hat es hier in der Vergangenheit zu viele Rückschläge gegeben. Weitaus schwieriger, wenn auch wachstumsträchtiger ist die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. Schwierig deshalb, weil jede Anwendung durch ihre speziellen Anforderungen ein eigenes Lösungsdesign erfordert. Erst noch zeigen muss sich die Haltung der Service-Provider, für die es sicher leichter ist, den x-millionsten Handy-Vertrag zu verkaufen. Aber echtes Wachstum in den gesättigten Märkten Europas gibt es nur im Datenbereich. (hi)