M2M-Kommunikation über Mobilfunktechnik
Feste IP-Adressen für mobile Steuerung
Der permanente und überall realisierbare Zugriff auf Informationen und Daten gehört inzwischen zum Stand der Kommunikationstechnik. Bis auf eine wichtige Ausnahme: Die Integration von mobilfunkbasierenden Lösungen zur Überwachung und Steuerung technischer Prozesse ist nach wie vor kompliziert. Abhilfe schafft bei der mobilen M2M-Kommunikation (Machine to Machine) der Einsatz fester IP-Adressen. Allerdings hat diese Technik auch ihre Grenzen.
Früher hatten Handys vor allem zwei Funktionen: Sprachübertragung und den Versand von SMS. Heute
können Mobiltelefone und Mobilfunkmodems weitaus mehr. Vor allem das mobile Internet ist eines der
großen Themen bei den Mobilfunknetzbetreibern, mit dem Wachstumshoffnungen in gesättigten Märkten
verbunden sind. Doch nicht nur für Privatanwender sondern auch in der Wirtschaft gewinnt die
Nutzung der Funknetze an Bedeutung. Besonders in der M2M-Kommunikation steigt die Zahl der
möglichen Anwendungsszenarien deutlich an – ob bei Offshore-Windkraftparks, Smart Grids oder der
intelligenten Erfassung von Stromverbrauchsdaten. Allerdings gibt es in diesem Bereich einige
technische Hürden, die nur mit Speziallösungen überwunden werden können. Das Kernproblem: Mit
standardmäßigen Anwendungen sind Endgeräte abseits fester Verkabelung über das Internet nur schwer
erreichbar.
Eine Einschränkung der Mobilfunknetzbetreiber stellt M2M-Anwender vor ein weiteres Problem, wenn
diese Mobilfunknetze als Übertragungsweg nutzen wollen: Aufgrund von regulatorischen Restriktionen
der GPRS- und UMTS-Mobilfunknetze ist es praktisch nicht möglich, von außen, aus dem Internet auf
ein Mobilfunkmodem oder Handy zuzugreifen. Die Mobilfunkanbieter haben diesen Zugriff zum Schutz
vor unerwünschtem Datenverkehr und Kosten eingeschränkt.
In der Regel besteht nur die umgekehrte Möglichkeit, nämlich von einem Handy beziehungsweise
einem entsprechenden Modem aus über GPRS oder UMTS in das öffentliche Internet zu gehen. Welche
IP-Adresse das Endgerät dabei zugewiesen bekommt, ist zunächst dem Zufall überlassen. Selbst wenn
das Endgerät permanent online wäre, würde der Provider die Verbindung in gewissen Abständen
unterbrechen, um eine neue IP-Adresse zuzuweisen. Durch diese dynamische Adressierung ist das
Endgerät aber nicht eindeutig identifizierbar. Was bei der "normalen" Internet-Nutzung in der Regel
vollkommen irrelevant ist, stellt in der M2M-Kommunikation ein handfestes Problem dar.
Dieses Problem ließ sich lange Zeit nur sehr umständlich lösen. Wollte beispielsweise der
zentrale Leitstand kurzfristig Verbrauchsdaten einer Außenstelle abfragen, so kam oft das so
genannte Lockrufen zum Einsatz. Hierbei wird das Funkmodem über CSD (Circuit Switched Data)
angerufen, damit es von sich aus eine Verbindung aufbaut. Dieses Vorgehen ist jedoch umständlich
und teuer. Gleiches gilt für den Einsatz eines so genannten M2M-Gateways beim Anwender. Eine
technisch einfache Lösung bietet hingegen der Einsatz fester IP-Adressen durch den
Mobilfunkbetreiber. Diese statische Adressierung kommt zunehmend in der M2M-Kommunikation zum
Einsatz, wenn Push- und Pull-Mechanismen verwendet werden sollen. Insbesondere im Pull-Bereich ist
die Verwendung von dynamischen Adressen nicht sinnvoll. Für den Internet-Zugangsbereich ist die
Nutzung der festen IP-Adressen jedenfalls die Variante, die einen geringeren
Implementierungsaufwand, geringere Kosten, ein besseres Management und erhöhte Sicherheit
miteinander vereint.
Grundsätzlich gibt es bei der Nutzung dieser Technik mehrere Lösungsansätze und
Anwendungsszenarien. Die einfachste Variante ist die Kommunikation mit Einzelgeräten. Der Router
des Anwenders besitzt in diesem Fall beispielsweise eine serielle Schnittstelle und lässt sich so
mit einem Steuerungsgerät verbinden. Die im Router enthaltene Datenkarte erhält aus dem
Mobilfunknetz eine feste IP-Adresse zugewiesen. Die Router sind standardisierte Modelle entweder
aus dem industriellen oder aus dem Büroumfeld. Über das Mobilfunknetz baut das Gerät eine
Verbindung zum Rechenzentrum eines entsprechend ausgerichteten Service-Providers auf. Von dort aus
ist in umgekehrter Richtung auch eine Ansprache des Routers, also eine bidirektionale Kommunikation
möglich.
Das Rechenzentrum, das mit dem Router verbunden ist, spielt im weiteren Verlauf des Datenstroms
eine zentrale Rolle. Dort steht mit dem zentralen Gateway das Herzstück des Kommunikationskonzepts.
Neben der Terminierung erfolgt hier die Rechteverwaltung und Zuweisung. Gleiches gilt für die
Kostenkontrolle der Datenströme. Als Nebenprodukt werden zudem wichtige Informationen bezüglich
Einwahlverhalten und Online-Status geliefert.
Außerdem steht hier der Portal-Server: Er stellt letztlich die Schnittstelle zum öffentlichen
Internet und gleichzeitig die zentrale Authentisierungsinstanz dar. Wer über das Internet auf das
Endgerät zugreifen oder Daten erhalten will, muss sich beispielsweise über ein Web-Portal mit einem
Passwort anmelden. Der Vorteil einer Portal-Lösung ist, dass sich darüber auch ein mandantenfähiges
System aufbauen lässt. Unterschiedliche Berechtigungen etwa für Kunden, Techniker oder den
Lösungsanbieter können individuell vergeben werden.
Der Nutzung fester IP-Adressen im Mobilfunkbereich sind allerdings Grenzen gesetzt. Die bis
jetzt aufgezeigten Szenarien erfassen nur einzelne Endgeräte. Sollen aber mehrere Geräte an den
Router des Anwenders angeschlossen werden, ist eine andere Verfahrensweise notwendig. Ein
VPN-fähiger Kunden-Router baut in diesem Fall einen VPN-Tunnel zum Gateway im Rechenzentrum auf.
Hierbei spielt die Übertragungstechnik, ob DSL oder Mobilfunk, keine Rolle. Im Außenstandort lassen
sich somit beliebig viele Endgeräte transparent über IP ansprechen. Der Vorteil: Diese Lösung ist
sowohl national als auch international einsetzbar und prinzipiell Provider-unabhängig. Außerdem
lassen sich so verschiedene Standorte mit unterschiedlichen Techniken erschließen. Ab dem zentralen
Gateway stehen wieder die beiden genannten Kommunikationsvarianten zur Verfügung. Eine
Kommunikation der Endgeräte untereinander ist ebenfalls realisierbar.
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