Szenarien für die LTE-WLAN-Kopplung
Industrieller LTE-Router trifft WLAN
Moderne Remote-Services von Anlagen und Maschinen sparen Zeit, Kosten und Ressourcen. Die Datenkommunikation innerhalb von Mobilfunknetzen gewinnt dabei aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und der großen Verfügbarkeit immer mehr an Bedeutung. Geräte wie der LTE WLAN-Router TK805L-EXW von Welotec kommunizieren mit dem jüngsten Mobilfunkstandard LTE (Long-Term Evolution) und lassen sich entweder als WLAN-Client oder WLAN-Access-Point einsetzen.
Im Internet of Things (IoT) spielt die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) eine zentrale Rolle. Leistungsfähige Netzwerkstrukturen sowie passende Gateways sorgen für eine vernetzte Kommunikation. Waren in der Vergangenheit Fernabfragen oder Fernwartungen von Maschinen häufig per Wählleitung über Analog-, ISDN- oder GSM-Modems realisiert, reicht die Bandbreite dieser Wählverbindungen zum Einspielen großer Datenmengen bei Software-Updates oder für komplexe Wartungsprozeduren nicht mehr aus. Zunehmend übernimmt das Internet in der industriellen Kommunikation den Datentransfer.
Aufgrund seiner hohen Verfügbarkeit und der großen Bandbreite kommt dem Mobilfunk bei der Anbindung an das Internet eine immer größere Bedeutung zu. Industrielle LTE-Router sorgen für die LAN-Kopplung mittels Nutzung von öffentlichen oder privaten Mobilfunknetzen und kommunizieren mit seriellen SPS-Systemen und allen Geräten im Ethernet-LAN gleichzeitig und mit der gleichen Qualität. LTE-WLAN-Router bieten in diesem Zusammenhang einen noch höheren Kommunikationsumfang, indem sie kabellosen Mobilgeräten wie Laptops, Smartphones oder Tablets einen Zugang zum Internet ermöglichen.
LTE - der Mobilfunkstandard der vierten Generation - zeigt sich gegenüber den älteren Techniken wie GSM, GPRS, EDGE, UMTS deutlich überlegen: Hohe Geschwindigkeiten, geringe Latenzzeiten und die Abwärtskompatibilität zu den früheren Standards steigern die Leistungsfähigkeit von Infrastrukturen. Dank der Breitbandinitiative ist der LTE-Netzausbau in Deutschland in vollem Gange. Seit Beginn des ersten Quartals 2015 erreichen Telekom und Vodafone eine etwa 75-prozentige Netzabdeckung. 2016 soll bei den größten Mobilfunkanbietern die nahezu vollständige Versorgung abgeschlossen sein. Ein weiterer Fokus liegt zurzeit auf der Optimierung der Netze.
Im Zuge der sogenannten digitalen Dividende wurden zunächst Gebiete mit schlechter UMTS- und DSL-Verfügbarkeit - vor allem ländliche Regionen - mit Mobilfunktechnik im 800-MHz-Spektrum ausgebaut. Diese Frequenz hat eine hohe Reichweite und eine gute Übertragungskapazität. Jeder einzelne Sendemast erzielt eine höhere Flächenabdeckung als vergleichbare Masten mit höheren Frequenzen. In bebauten Gegenden ist außerdem die Durchdringung von Gebäuden sehr gut. Mit Frequenzen von 1.800 MHz und 2.600 MHz werden vor allem Städte und Ballungsräume erschlossen. Zudem beginnen die Betreiber mit dem Ausbau von LTE 450 MHz speziell für M2M-Anwendungen.
Mobiles Internet mit LTE
Neben einer besseren Netzabdeckung weist LTE eine bis zu 20fache Bandbreite gegenüber UMTS/HSDPA auf: Downloadraten von 100 MBit/s sind möglich. Der Upload ist bei guten Bedingungen mit 50 MBit/s ebenfalls schnell. Noch schneller und mit noch höheren Datenraten, nämlich 1,2 GBit/s, soll die Erweiterung des Mobilfunkstandards LTE Advanced in Zukunft arbeiten. Das erste LTE-Advanced-Netz startete im November 2014.
Um die Vorzüge des "mobilen Internets" in der M2M-Kommunikation zu nutzen, sind passende Router sowie geeignetes Zubehör erforderlich, die Maschinen, Anlagen und Geräte mit den entsprechenden Leitstellen verbinden und außerdem auch ein WLAN für kabellose Endgeräte aufspannen. Geräte wie zum Beispiel der industrielle LTE-WLAN-Router TK805L-EXW von Welotec können diese Aufgabe übernehmen Eine hohe Verfügbarkeit erreicht der Router durch die Dual-SIM, das Gerät kann mit zwei SIM-Karten verschiedener Provider arbeiten. Im LTE-Standard ist er abwärtskompatibel und unterstützt in der 4G-Variante auch 3G (HSPA+, HSUPA, HSDPA, UMTS) und 2G (EDGE, GPRS, GSM). Der Router kann mittels LTE eine Internetverbindung herstellen und ein eigenes WLAN aufspannen oder sich selber drahtlos über einen WLAN Access Point in das Internet einwählen, was die Kommunikation sehr flexibel und von örtlichen Gegebenheiten unabhängig macht.
Mehrere Antennen
Mit zunehmender Entfernung vom Repeater (Sendemast) nimmt in der Regel die Übertragungsrate des LTE-Signals ab. Um die Vorteile von LTE vollständig zu nutzen, sind daher zusätzliche, externe Antennen erforderlich. Dazu dienen Geräte, die die bei LTE vorgeschriebene MIMO-Technik (Multiple Input Multiple Output) nutzen, ein System mit zwei Antennen und zwei Anschlüssen. Der TK805L-EXW ist standardmäßig mit vier Antennen (zwei SMA- und zwei Reverse-SMA-Antennen) für den Empfang der LTE- und WLAN-Signale ausgestattet.
Um unnötiges Kabelgewirr zu vermeiden, hat der Hersteller Antennen im Programm, die Kabel bündeln und gemeinsam zum Router führen. Damit ist nur jeweils eine technische Vorrichtung auf dem Schaltschrank oder der Anlage zu montieren. Bei den LTE-WLAN-MIMO Antennen handelt sich um 4-Port-Antennen, die 4G LTE sowie Breitband-WLAN (Dual-Band 802.11n) unterstützen und ein flaches, kompaktes Gehäuse aufweisen.
Solche Antennen lassen sich entweder direkt auf dem Schaltschrank mit entsprechender Durchführung montieren oder mit einem Magnetfuß schnell und einfach befestigen. Beide Antennen haben ein IP67-Gehäuse und können auch im Freien arbeiten. Bei der Datenübertragung steht die Sicherheit selbstverständlich im Vordergrund.
Daten sicher übertragen
Die TK800-Serie ist mit einer integrierten Firewall ausgestattet. Neben einer Stateful Packet Inspection unterstützen die Router auch Access Control Lists, Intrusion Protection IP/MAC Binding und vieles mehr. Verschiedene statische und dynamische VPN-Protokolle (IPSec mit IKEv1 und IKEv2, Open VPN, DMVPN, L2TP und GRE) ermöglichen eine sichere Vernetzung. Dabei kann der Betreiber sowohl auf Pre-shared Keys als auch auf Zertifikate zurückgreifen. Ein intelligentes AAA-Management (Authentication, Authorization, Accounting) sorgt für weitere Sicherheit. Die Geräte sind in der Lage, lokale und Server-basierende AAA-Lösungen wie Tacacs+, Radius und mehr zur Authentifizierung zu nutzen. Das Routing erfolgt statisch oder dynamisch mit RIP oder OSPF.
LTE-Router im WLAN
Ein solcher LTE-WLAN-Router ist überall dort einsetzbar, wo eine Verkabelung sehr aufwändig ist. Er unterstützt den WLAN-Standard IEEE 802.11b/g/n mit WPA2-Verschlüsselung. Im Client-Modus kann sich der Router über einen WLAN Access Point in das Internet einwählen, die LTE-Mobilfunkverbindung ist in diesem Fall als Backup-Link nutzbar. Eingesetzt als WLAN Access Point lässt sich der Router über LTE oder auch kabelgebunden an das WAN anschließen. In diesem Fall können Smartphones, Tablet-PCs, Laptops oder WLAN-Endgeräte wie SPS-Systeme drahtlos mit dem Router kommunizieren.
Dies ist insbesondere bei Anwendungen mit beweglichen Teilen von Vorteil, die sich nur schlecht oder gar nicht verkabeln lassen. Der Router verfügt über einen Vier-Port-Managed-Ethernet-Switch mit VLAN. Damit lassen sich SPSs, IPCs und andere Komponenten mit Ethernet-Schnittstelle mit dem Router verbinden.
Ein zusätzlicher WAN-Port für den Zugang zum Internet steht ebenfalls zur Verfügung. Daneben hat der Router zwei serielle Schnittstellen (1 × RX-232 und 1 × RS-485) sowie I/Os.
Jos Zenner/jos
Jos Zenner ist Business-Development-Manager bei Welotec in Laer, www.welotec.com.
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