In der intelligenten Landwirtschaft sind die Technologien, die für Aufgaben wie die Erfassung, Verarbeitung, Speicherung, Vernetzung und physische Bewegung genutzt werden, von entscheidender Bedeutung. Aber es gibt eine Technologie, die alle miteinander vernetzt und die beeindruckenden IoT-Lösungen in der intelligenten Landwirtschaft ermöglicht – die drahtlose Kommunikation. Im Smart-Agriculture-Sektor findet sich eine Vielfalt von Kommunikationsmethoden. Wir beschreiben hier die gängigsten und wichtigsten dieser Technologien.
WLAN in der intelligenten Landwirtschaft
WLAN ist eine weltweit verbreitete drahtlose Lösung, die gegenwärtig sehr häufig in der intelligenten Landwirtschaft eingesetzt wird. Ein einzelner Router verfügt im Freien über Reichweiten von bis zu ca. 90 Metern (300 Fuß). Damit eignet sich die WLAN-Technologie ideal für kleine bis mittelgroße Smart-Agriculture-Anwendungen mit einem Standalone-Hub. Im Vergleich mit weniger beliebten drahtlosen Netzwerktechnologien ist WLAN relativ fortschrittlich. Es ermöglicht eine verbesserte Verfeinerung und Einführung von Technologien und bietet somit eine bessere lösungs- oder plattformübergreifende Integrationsfähigkeit.
Durch die Verwendung von 900-MHz-, 2,4-GHz-, 3,6-GHz-, 4,9-GHz, 5-GHz-, 5,9-GHz- und 60-GHz-Bändern bietet WLAN flexible RF-Verbindungen für eine Vielzahl von Umgebungen und Entfernungen. Über diese Frequenzen können zwar schnell Daten übermittelt werden, sie weisen aber einen hohen Absorptionsgrad auf. Das bedeutet, dass sie im Allgemeinen am besten in Nahbereichsanwendungen mit Sichtlinie verwendet werden, wo Interferenzen das RF-Signal absorbieren können. Die begrenzte Reichweite scheint zwar in der intelligenten Landwirtschaft, in der normalerweise große Flächen bewirtschaftet werden, zunächst einmal von Nachteil zu sein. Allerdings bietet WLAN für bestimmte Nischenanwendungen mehr Vorteile als drahtlose Lösungen mit großer Reichweite. Farmshelf ist ein Beispiel für eine kleine, intelligente Agrarwirtschaftslösung für den Innenbereich, die die traditionelle Landwirtschaft direkt in Restaurants und auf Märkte bringt und WLAN nutzt, um Informationen an die Benutzer weiterzuleiten.
LPWAN – die Lösung für den Smart-Agriculture-Fortschritt
Viele herkömmliche Landwirtschaftsanwendungen wurden durch eine Nachrüstung von Geräten, Werkzeugen, Anlagen und Resources in „intelligente“ Anwendungen umgewandelt. Für die Nachrüstungstechnologie ist allerdings in der Regel eine drahtlose Lösung mit größerer Reichweite notwendig, um Daten über große Entfernungen zu übertragen, die für landwirtschaftliche Betriebe und sonstige Agrarflächen typisch sind. Die entfernten Standorte bringen es außerdem mit sich, dass die Übertragungsgeräte mit großer Reichweite häufig akku- oder solarbetrieben sind und daher energiesparend sein müssen. Ein Low Power Wide Area Network (LPWAN) ist für diese intelligenten Landwirtschaftsbetriebe optimal geeignet. Es gibt eine Vielzahl von LPWAN-Technologien, die sowohl auf lizenzierten als auch auf unlizenzierten RF-Bändern arbeiten.
Die drei weltweit am häufigsten verwendeten LPWAN-Technologien sind LoRa, Sigfox und NB-IoT, die alle in der intelligenten Landwirtschaft einen Spitzenplatz einnehmen.
1) LoRa wurde von Semtech 2009 vorgestellt und 2012 erweitert. Der Name bezieht sich auf die große Reichweite (Long Range). LoRa hat sich zu einem gängigen LPWAN entwickelt, das weltweit für drahtlose, energiesparende Kommunikation zu niedrigen Kosten genutzt wird und Entfernungen von bis zu 50 km (30 Meilen) bewältigt.
2) Sigfox ist nicht nur ein Technologieunternehmen, sondern auch ein Netzbetreiber. Sigfox ist zurzeit hauptsächlich auf dem europäischen Markt verfügbar und baut seine Aktivitäten aktuell global aus.
3) NB-IoT ist eine schmalbandige, LTE-gestützte LPWAN-Technologie, die im Hinblick auf größte Einfachheit und äußerst niedrigen Energieverbrauch konzipiert wurde, um den Einsatz in zahlreichen landwirtschaftlichen und industriellen IoT-Anwendungen zu ermöglichen.
LPWAN-Geräte
LPWAN-gestützte Geräte bieten eine wesentlich höhere Reichweite als die drahtlose Kommunikation mit hoher Bandbreite. Diese Reichweitenstärke bringt allerdings eine begrenzte Übertragbarkeit von Daten mit sich. Zum Beispiel ist es nicht möglich, 4k-Videos über LoRa-Netzwerke zu streamen, aber es können Datenpakete mit pH- und Feuchtigkeitswerten von einem Bodensensor gesendet werden. Zurzeit besteht die wichtigste LPWAN-Begrenzung in der Verfügbarkeit. Bei drahtloser Kommunikation in der aktuellen Infrastruktur wird in erster Linie die Kommunikation mit hoher Bandbreite stark nachgefragt. Es gibt zweifellos einen Markt für die Nutzung von LPWAN. Die Einführung und Verwendung geht jedoch langsam voran, wenn man beispielsweise die 3G-Mobilfunktechnologie und Kommunikationstechnologien mit höherer Datendichte zum Vergleich heranzieht.
GPS/GNSS in der Landwirtschaft
Eine umfassende, weltweit stark verbreitete drahtlose Kommunikationsinfrastruktur ist das Global Positioning System (GPS). Im Unterschied zum WLAN und LPWAN ist diese drahtlose Technologie keine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. GPS hat sich durchgreifend auf die Welt ausgewirkt, einschließlich der intelligenten Landwirtschaft.
GPS wurde ursprünglich Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt, 1978 vorläufig bereitgestellt und 1993 vom US-amerikanischen Militär vollständig implementiert. GPS nutzt ein Netzwerk von 24 bis 31 Satelliten, die Funksignale mit ihrer genauen Position und Zeit senden. Spezialisierte Empfänger erfassen und verarbeiten diese Daten sofort, um ihre Position im Verhältnis zu den Satelliten und in der Folge ihre Position auf der Erde mit einer heutigen Genauigkeit von 30 Zentimetern zu bestimmen. Allerdings ist GPS nach und nach auf dem Weg zur Alttechnologie, die eines Tages von moderneren globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) abgelöst werden wird. Zu diesen Satellitensystemen zählen das europäische Galileo-, das russische GLONASS-, das indische NavIC- und das chinesische BeiDou-System, die alle seit der Jahrhundertwende in gewissem Umfang in Betrieb genommen wurden.
GPS in der Präzisionslandwirtschaft
In der intelligenten Landwirtschaft wird die globale Ortung für zahlreiche Anwendungen genutzt, darunter die Nachverfolgung von Viehherden sowie Geräten und sogar Drohnen für die Landwirtschaft. John Deere ist einer der weltweit größten Hersteller von landwirtschaftlichen Maschinen und nutzt GPS und ähnliche Technologien in großem Maß. Einige Lösungen von John Deere, zum Beispiel Geräte für die Präzisionslandwirtschaft und Führungssysteme, nutzen GPS, um automatisierte landwirtschaftliche Maschinen zu lenken, die Produktivität und Abdeckung von kritischen Prozessen nachzuverfolgen und umfassende Daten bereitzustellen, mit denen die landwirtschaftlichen Abläufe effizienter gestaltet werden können. Bis vor Kurzem hat die GPS-Nutzung in der intelligenten Landwirtschaft nur ergänzende Informationen geliefert. Durch die jüngsten Entwicklungen bei modernen Randbearbeitungs- und intelligenten Fahrtechnologien werden GPS-Daten aber als zusätzliche Eingabeinformationen für die Steuerung von Maschinen verwendet.
Schlussfolgerungen
In der heutigen intelligenten Landwirtschaft wird eine große Bandbreite von drahtlosen Kommunikationstechnologien verwendet. Schnelle Datenübertragungstechnologien wie WLAN liefern den Benutzern im Nahbereich große Mengen von Daten. Mit LPWAN erhalten die Benutzer die Flexibilität von langen Distanzen und niedrigen Kosten, während die Menge der übertragbaren Daten begrenzt wird. GPS und andere globale Navigationssatellitensysteme bieten eine eingeschränkte, aber immens wertvolle Menge von Datenpunkten, die überall auf der Welt in fast unbegrenzten Anwendungen nützlich sind.
Die zahlreichen drahtlosen Technologien, die in der Agrarwirtschaft einsetzbar sind, haben eine historische, ausgedehnte Industrie in eine intelligente, datengestützte Landwirtschaft umgewandelt, die sich kontinuierlich selbst optimiert und neue Technologien begrüßt.