Sidewalk ist ein von Amazon entwickeltes Funkprotokoll für IoT-Geräte und verwendet für verwendet BLE (Bluetooth Low Energy) für kurze Funkstrecken und FSK bzw. LoRa (Long Range) für lange Funkstrecken als Modulationstechnik. Die verfügbare Bandbreite ist gering, weshalb sich Sidewalk lediglich für die Übertragung von kleinen Datenmengen (z.B. Sensordaten) eignet. Durch die geringe Bandbreite und die Verwendung moderner Funkprotokolle können Reichweiten von mehr als einem Kilometer erzielt werden. Als Brücke (Bridge) zwischen dem Endgerät und der Cloud werden Amazons eigene Smart Speaker wie beispielsweise das Echo oder Echo Show verwendet. In diesem Artikel geht es die Funktionsweise von Sidewalk und um einen ersten Praxistest.

Was kann Amazon Sidewalk?

Mit Sidewalk schafft Amazon einen Funkdienst, der, wie der Name "Sidewalk" schon sagt, bis auf den Bürgersteig reichen soll. Damit können zukünftig Endgeräte nicht nur im eigenen Haushalt vernetzt werden, sondern auch im Freien. Durch eine hohe Dichte an Sidewalk-Bridges ist es möglich, die eigenen Endgeräte überhaupt in einer anderen Stadt oder sogar in einem anderen Land ohne einen hohen Kostenaufwand zu betreiben. Nicht nur die Betriebskosten sind im Gegensatz zu Mobilfunk geringer, auch die Energieeffizienz ist bei der Verwendung von Sidewalk deutlich besser. Seit 2023 bietet Amazon auch externen Entwicklern die Möglichkeit, dieses Funkprotokoll zu testen und ihre Hardware für Sidewalk zu entwickeln. Amazon vermutlich auch eigene Produkte wie beispielsweise GPS-Tracker oder Temperatursensoren auf den Markt bringen und eine Softwarelösung dazu anbieten.

Wo Amazon Sidewalk bereits funktioniert

Zum aktuellen Stand (April 2024) ist Sidewalk nur in den Vereinigten Staaten (Festland und auf umliegenden Inseln wie beispielsweise Hawaii) verfügbar. Neben BLE auf 2,4 GHz wird in den Vereinigten Staaten zusätzlich das ISM-Frequenzband auf 915 MHz (FSK/CSS 900) für die drahtlose Datenübertragung verwendet. Derzeit gibt es keine Informationen, ob und wann Sidewalk auch in anderen Ländern ausgerollt und aktiviert wird. In den Vereinigten Staaten ist Sidewalk bereits seit dem Sommer 2021 nahezu flächendeckend verfügbar. Consumer Endgeräte für Sidewalk gibt es noch keine, lediglich für Entwickler gibt es einen GPS-Tracker (Feldtester) und einige Development Boards von Chipherstellern wie beispielsweise Texas Instruments, Semtech oder Nordic Semiconductor.

Wie funktioniert Sidewalk?

Ein Endgerät (Wetterstation, GPS-Tracker, etc.) sendet die erfassten Daten entweder via BLE oder FSK zu einer Bridge. Die Bridge bzw. das Gateway (Brücke zwischen der Funkschnittstelle und der Cloud von Sidewalk) kann beispielsweise ein Amazon Echo oder Echo Show sein. Es macht keinen Unterschied, ob das die eigene Bridge im Haushalt ist, oder ob es sich um eine fremde Bridge aus der Nachbarschaft handelt. Jede Sidewalk-Bridge in einem Umkreis von einigen wenigen Kilometern ist also ein Gateway für Sidewalk-Endgeräte. Empfängt mindestens eine Bridge die Datenpakete von einem Endgerät, so werden diese Datenpakete über den Internetanschluss von der Bridge zum Netzwerkserver von Sidewalk weitergeleitet. Der Netzwerkserver leitet die empfangenen Daten an einen definierten Endpunkt (Beispielsweise App oder Webseite) weiter. Folgende Grafik zeigt die Topologie von Amazon Sidewalk:

Die Sidewalk-Bridge ist standardmäßig auf den unterstützten Geräten in den Vereinigten Staaten aktiviert und kann in der Alexa App deaktiviert werden. Laut Amazon nimmt der Dienst Sidewalk eine Upload-Bandbreite von maximal 80 Kilobits ein, was für die meisten Internetanschlüsse kein Problem darstellen sollte. Monatlich ist die maximale Datenmenge auf 500 Megabyte beschränkt.

Wann wird Sidewalk in Europa ausgerollt?

Derzeit gibt es keine Informationen, wann Sidewalk in Europa verfügbar ist. Gleich wie bei LoRaWAN wird auch Sidewalk das ISM-Band im Frequenzbereich um 868 MHz für FSK/CSS verwenden.

Sidewalk - Ein alternatives IoT-Netzwerk

Seit einigen Jahren gibt es bereits verschiedene IoT-Netzwerke, welche sich oft auf einen bestimmten Hardwarehersteller oder einen nationalen Netzwerkanbieter beschränken. Ein Beispiel wäre Apple mit dem AirTag, wo jedes neuere iPhone als Bridge bzw. Gateway für diesen Tracker dient. Dieser Dienst ist nur für Kunden von Apple verfügbar und funktioniert derzeit nur mit den AirTag bzw. Apples eigenen Geräten. Die Alternative wäre LoRaWAN, aber hier gibt es derzeit kein flächendeckendes Netzwerk, welches sich beispielsweise über ganz Europa erstreckt. Es gibt viele Netzbetreiber, die eigene LoRaWAN-Netzwerke auf kommerzieller Basis errichten, aber es fehlt dann wieder an einer Roaming-Funktion, sodass es meist keine länderübergreifende Abdeckung gibt. Eine Ausnahme bildet das Helium LoRaWAN, aber auch hier handelt es sich um ein Community-Netzwerk auf Krypto-Mining Basis, welches zumindest in den letzten Jahren vielerorts aufgrund geringer Mining-Erträge rückläufig ist. Weiters gibt es noch das LoRaWAN Netzwerk TTN (The Things Network), welches kostenlos genutzt werden kann. Aber auch hier sind es freiwillige Enthusiasten, die dieses Netzwerk aufbauen und eine flächendeckende Verfügbarkeit wird vermutlich nie gegeben sein. Mobilfunk-Netzwerke wie LTE-M, M2M bieten eine alternative, sind aber mit höheren Betriebskosten verbunden.

Aus den genannten IoT-Netzwerken erkennt man, dass jedes Netzwerk einige Nachteile mit sich bringt, die Sidewalk teilweise aus der Welt schafft. Nachdem Sidewalk bereits von externen Entwicklern verwendet werden kann, dürfte es zukünftig eine Vielzahl an Geräten dafür geben. Die Verfügbarkeit dürfte sehr gut sein, denn die möglichen Bridges sind vielerorts schon in den privaten Haushalten vorhanden und aktiv. Natürlich darf man sich von Sidewalk nicht die Verfügbarkeit erwarten, wie man sie vom kommerziellen Mobilfunknetzwerken kennt, aber sie wird sicherlich besser sein, als viele LoRaWAN Netzwerke. Ob Sidewalk kostenlos bleibt oder limitiert wird, ist derzeit noch unklar.

Sicherheit und Datenschutz

Amazon hat für Sidewalk ein White Paper zum Datenschutz bereitgestellt. Gleich wie bei LoRaWAN werden die zu übertragenden Daten im Endgerät verschlüsselt und erst wieder am Netzwerkserver entschlüsselt. Dazwischen können abgehörte Funk-Signale nicht decodiert werden und auch die Besitzer einer Bridge können keine Daten mitlesen. Der Netzwerkserver gibt über die Application-Schnittstelle keine sensiblen Informationen weiter, wie beispielsweise Informationen zu Bridges, welche die Daten empfangen haben. Eine genaue Standortermittlung von den Bridges und Endgeräten ist für dritte nicht möglich. Wenn vom Besitzer gewünscht, kann über die Alexa-App der Dienst Sidewalk vollständig auf allen Geräten deaktiviert werden.

Erste Testversuche in Europa

Sidewalk kann derzeit nur in Amerika vernünftig getestet werden. Möchte man Sidewalk in Europa testen, wird derzeit ein OPENVPN-Gateway mit einer amerikanischen IP-Adresse benötigt, an dem Bridges wie zum Beispiel das Amazon Echo 4 angeschlossen sind. Für FSK/CSS wird derzeit nur der amerikanische ISM-Frequenzbereich bei 915 MHz verwendet. Eine Inbetriebnahme von Sidewalk mit FSK/CSS ist in Europa auf diesem Frequenzband illegal! Wer bereits Sidewalk testen möchte, kann mit verschiedenen Development-Boards erste Tests durchführen und den Funkstandard nur auf BLE beschränken. Sehr zu empfehlen ist dabei das LauchPad mit dem CC1352 von Texas Instruments, wofür es auch auf diesem Blog ein ausführliches Tutorial gibt. Ebenso bietet dieses Board die Möglichkeit, Sidewalk ausschließlich mit der BLE-Funktechnologie zu verwenden, was einen Testbetrieb außerhalb der Vereinigten Staaten ermöglichen sollte.

Eine Anfrage an die österreichische Fernmeldebehörde betreffend einer Sondergenehmigung für Forschungszwecke mit Sidewalk auf FSK/CSS im 915-MHz-Band wurde gestellt, jedoch blieb diese bis dato unbeantwortet. Ein Reichweiten-Test zu Amazon Sidewalk mit dem Funkstandard FSK/CSS konnte daher noch nicht durchgeführt werden.