Warum der Funk fast den ganzen Verbrauch bestimmt
Ein Sensor rechnet wenig und funkt selten, aber der Funk zieht im Betrieb ein Vielfaches der übrigen Elektronik. Über zehn Jahre entscheidet deshalb nicht der Verbrauch beim Senden, sondern der Verbrauch beim Nichtstun. Genau dort setzen die Stromsparmodi an, die zu den Grundlagen der IoT-Konnektivität gehören und für beide LPWAN-Standards gelten.
Die Rechnung in einem Satz, ohne erfundene Zahlen: Wer täglich einmal wenige Bytes sendet, funkt im Jahr Minuten und wartet Monate. Ein Modul, das in dieser Wartezeit dauerhaft lauscht, verbraucht mehr als eines, das dabei schläft — unabhängig davon, wie sparsam der Sendevorgang ist. Welcher Funkstandard grundsätzlich passt, ist eine andere Frage, siehe NB-IoT vs. LTE-M. Beide Standards nutzen dieselben Sparverfahren, deshalb gilt dieser Artikel für beide.
PSM — Tiefschlaf mit gültiger Anmeldung
Im Stromsparmodus schaltet das Modul den Funk praktisch ab, bleibt aber im Netz angemeldet. Es muss sich beim Aufwachen also nicht neu anmelden, was Zeit und Energie kostet. Zwei Zeitgeber bestimmen den Ablauf: einer für die Dauer der Erreichbarkeit, einer für den Abstand bis zur nächsten Pflichtmeldung an das Netz. Beide beantragt das Gerät selbst.
Der Ablauf in drei Schritten: Das Gerät sendet, bleibt danach für die Dauer des Erreichbarkeitszeitgebers ansprechbar und fällt dann in den Tiefschlaf bis zur nächsten Pflichtmeldung ans Netz oder bis es selbst etwas senden will. Die Grenzwerte aus der Spezifikation sind belegt: Der Erreichbarkeitszeitgeber reicht bis 11.160 Sekunden, also 186 Minuten. Der Abstand bis zur nächsten Pflichtmeldung reicht bis 35.712.000 Sekunden, also gut 413 Tage. Das ist die Obergrenze der Norm, nicht eine übliche Einstellung — und nicht automatisch das, was ein Netz gewährt.
- PSM Power Saving Mode
Stromsparmodus, in dem das Funkmodul praktisch abgeschaltet ist, im Netz aber angemeldet bleibt. Es ist in dieser Zeit nicht von außen erreichbar und meldet sich erst zur nächsten Pflichtmeldung oder wenn es selbst sendet.
- eDRX Extended Discontinuous Reception
Verlängertes Lauschintervall: Das Gerät prüft in deutlich größeren Abständen, ob das Netz etwas für es hat. Es bleibt erreichbar, antwortet aber verzögert um bis zu ein Intervall.
eDRX — seltener lauschen statt tiefer schlafen
Das verlängerte Lauschintervall arbeitet anders: Das Gerät bleibt erreichbar, prüft aber viel seltener, ob das Netz etwas für es hat. Statt alle paar Sekunden horcht es alle paar Minuten oder Stunden kurz hinein. Das senkt den Verbrauch deutlich und hält gleichzeitig einen Weg für Anfragen von außen offen, nur eben verzögert.
Die Grenzwerte sind getrennt nach Betriebsart belegt: im Schmalband-Betrieb bis 10.485,76 Sekunden, also rund 2,9 Stunden; im Breitband-Betrieb bis 2.621,44 Sekunden, also rund 43,7 Minuten. Zum Vergleich der Ausgangswert: Ohne dieses Verfahren liegt der Abstand im Sekundenbereich. Das ist ein anderer Zielkonflikt als beim Tiefschlaf: Hier verlieren Sie Reaktionszeit, nicht Erreichbarkeit. Eine Anfrage kommt an — nur eben verzögert um bis zu ein Lauschintervall.
PSM oder eDRX — oder beides?
Beide Verfahren lassen sich getrennt oder gemeinsam einstellen und lösen unterschiedliche Probleme. Der Tiefschlaf spart am meisten, macht das Gerät aber zeitweise unerreichbar. Das gestreckte Lauschintervall spart weniger, hält aber einen Weg von außen offen. Welche Mischung passt, entscheidet allein die Frage, wer die Verbindung aufbaut — Gerät oder Gegenstelle.
| Kriterium | PSM (Tiefschlaf) | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) |
|---|---|---|
| Von außen erreichbar | PSM (Tiefschlaf) nein, außer im Erreichbarkeitsfenster | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) ja, verzögert um bis zu ein Intervall |
| Obergrenze nach Norm | PSM (Tiefschlaf) bis rund 413 Tage bis zur Pflichtmeldung | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) bis rund 2,9 Stunden im Schmalband-Betrieb |
| Erreichbarkeitsfenster | PSM (Tiefschlaf) bis 186 Minuten nach dem Senden | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) entfällt, das Intervall regelt es |
| Spart am meisten bei | PSM (Tiefschlaf) Geräten, die nur melden | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) Geräten, die Anweisungen empfangen |
| Typische Anwendung | PSM (Tiefschlaf) Zähler, Umweltsensor | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) Steuerung, konfigurierbarer Sensor |
| Anmeldung bleibt gültig | PSM (Tiefschlaf) ja | eDRX (gestrecktes Lauschintervall) ja |
Drei kurze Fälle zur Einordnung: Ein Zähler, der nur meldet, fährt am besten mit Tiefschlaf und langem Abstand — von außen muss niemand hinein. Ein Sensor mit gelegentlicher Konfigurationsänderung braucht ein gestrecktes Lauschintervall, damit eine Anweisung überhaupt ankommt. Ein Gerät mit Alarmfunktion braucht einen kurzen Erreichbarkeitszeitgeber nach jedem Senden, weil die Gegenstelle zeitnah antworten können muss.
Was kein Datenblatt verrät — das Netz entscheidet mit
Das Gerät beantragt die Zeitgeberwerte, gewährt werden sie vom Netz. Ein Modul kann also über vierhundert Tage anfragen und deutlich weniger zugewiesen bekommen. Was ein bestimmtes Netz an einem bestimmten Standort tatsächlich gewährt, steht in keinem öffentlichen Dokument — das ist eine Auskunft, die man einholen muss, keine Recherche. Genau hier lohnt eine Nachfrage.
Ein Modul-Datenblatt beschreibt, was das Modul kann. Es sagt nichts darüber, was das Netz zulässt. Die Lücke zwischen beidem ist keine Nachlässigkeit der Hersteller, sondern eine Eigenschaft der Architektur. Was das für die Auslegung heißt: Ein Energiebudget, das die Normobergrenzen einsetzt, ist eine Rechnung ohne Deckung. Realistisch ist eine Rechnung mit gewährten Werten — und die kennt man erst nach der Nachfrage oder der Messung. Wie schnell eine Anwendung reagieren muss, setzt dabei die Obergrenze für jedes Lauschintervall — mehr dazu in Wie schnell muss die Verbindung sein?.
Beschaffung: was Sie festmachen müssen, bevor die Serie läuft
Drei Punkte gehören vor die Serie geklärt, nicht danach: Beherrscht das gewählte Modul beide Verfahren? Gewähren die Netze im Zielgebiet die benötigten Werte? Und verträgt Ihre Anwendung die daraus folgende Reaktionszeit? Ein Nachbessern kostet später einen Feldeinsatz je Gerät statt einer einzigen Zeile in der Konfiguration. Danach wird jede Korrektur teuer.
Erste Kostenlinie, Batteriewechsel: Bei einem Gerät ist er eine Kleinigkeit, bei fünftausend ein Programm mit Anfahrt, Terminvereinbarung und Ausfallzeit. Jede eingesparte Wachminute wirkt auf jedes Gerät der Flotte. Zweite Linie, Auslegung der Batterie: Wer die Sparverfahren erst nach dem Gehäuseentwurf betrachtet, hat die Batteriegröße schon festgelegt — und damit die Laufzeit, ohne sie berechnet zu haben. Dritte Linie, Tarif: Ein Gerät im Tiefschlaf erzeugt kein Datenvolumen, aber jede Pflichtmeldung ans Netz erzeugt Signalisierung. Bei sehr kleinen Datenkontingenten ist deshalb der Abstand dieser Meldungen ein Beschaffungsthema und nicht nur eine Energiefrage. Schlechter Empfang verlängert jede Sendung und frisst genau die Ersparnis auf, um die es hier geht — dazu mehr in Kein Netz trotz Abdeckung.
Was Sie vor der Serie messen sollten
Rechnen ersetzt keine Messung. Wer ein Jahrzehnt Laufzeit zusagt, misst den Strom über einen vollständigen Zyklus am eingebauten Gerät — nicht am Auswertungsbrett auf dem Tisch. Erst diese Messung zeigt, ob die beantragten Zeitgeberwerte gewährt wurden und was der Empfang am echten Standort zusätzlich an Energie kostet. Erst dann trägt eine Zusage.
- Strom im Tiefschlaf
- Strom im Lauschfenster
- Energie je Sendevorgang
- tatsächlich gewährte Zeitgeberwerte
Wenn Sie eine Laufzeit zusagen müssen, brauchen Sie nicht die Obergrenze der Norm, sondern die Werte, die Ihr Netz im Zielgebiet gewährt. Nennen Sie uns Modul, Sendeintervall und Zielland — wir klären, was davon in Ihrem Fall tatsächlich einstellbar ist.
Häufige Fragen
Wie lange kann ein Gerät im Stromsparmodus PSM ohne Aufwachen bleiben?
Der Abstand bis zur nächsten Pflichtmeldung reicht laut Norm bis 35.712.000 Sekunden, also gut 413 Tage. Das ist die Obergrenze der Norm, nicht eine übliche Einstellung — und nicht automatisch das, was ein Netz tatsächlich gewährt.
Was ist der Unterschied zwischen PSM und eDRX?
PSM schaltet den Funk praktisch ab und macht das Gerät zeitweise unerreichbar. eDRX streckt nur die Abstände zwischen den Lauschfenstern, bleibt aber erreichbar — mit Verzögerung um bis zu ein Intervall.
Warum antwortet mein Gerät nicht sofort auf eine Anfrage?
Vermutlich, weil es im Stromsparmodus schläft oder ein gestrecktes Lauschintervall nutzt. Beide Verfahren sparen Energie, indem sie Erreichbarkeit gegen Verbrauch tauschen — die Verzögerung ist Absicht, kein Fehler.
Kann ich mich auf die Zeitgeberwerte aus dem Modul-Datenblatt verlassen?
Nur bedingt. Das Datenblatt beschreibt, was das Modul beantragen kann. Was ein bestimmtes Netz an einem bestimmten Standort tatsächlich gewährt, steht in keinem öffentlichen Dokument — das muss man einholen oder messen.
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