Plug and Play dank LoRaWAN: Doch was ist das eigentlich?

LoRaWAN ist ein aussichtsreicher Standard für die Funktechnik der Zukunft im Internet of Things (IoT). Es ist in der Lage, grosse geografische Bereiche selbst in einem überregionalen Netzwerk auf der Basis eines batteriebetriebenen drahtlosen Systems abzudecken.

Was ist LoRaWAN? - ein Netzwerkstandard für die Zukunft

Im Zusammenhang mit dem Begriff LoRaWAN werden oft unterschiedliche Aspekte miteinander vermischt, die von der sachlichen Basis her zu trennen sind. Hier gibt es die Bezeichnungen:

• LoRa
• LoRaWAN

LoRa

Zunächst einmal bedeutet der Begriff LoRa „Long Range“. Darunter versteht man die Möglichkeit der Datenkommunikation mit sehr geringem Stromverbrauch über einen weiten Bereich. Dabei erfolgt die Übertragung von Funksignalen mittels eines Mikrochips im Multi-Symbol-Format, mit dem die zu übertragenden Informationen codiert werden.

Speziell hierfür entwickelte LoRa Endgeräte können über ein eigens dafür eingerichtetes Netzwerk Informationspakete drahtlos mit geringem Energieaufwand versenden. Damit können modernste Anwendungen des Internet of Things unterstützt werden, die nach herkömmlichen Standards nicht möglich waren.

Die LoRa Technologie ist in vielen Umgebungen anwendbar und kann gleichzeitig flexibel genutzt werden.

Zu diesen Bereichen gehören beispielsweise:

• Ländliche Gebiete
• Innenräumen in Smart Cities
• Smart Meetings
• Smart Homes und Gebäude
• Smart Supply Chain und Logistik
• Smart Agriculture

LoRaWAN

Der Begriff LoRaWAN definiert die Systemarchitektur des modernen Netzwerkes und ist das Standard-Kommunikationsprotokoll für die Übertragung der Daten. Diese wichtigen Faktoren werden durch den zukunftsweisenden Standard massgeblich beeinflusst:

• Lebensdauer der Batterie eines Endgerätes
• Kapazität des Netzwerkes
• Servicequalität der Übertragung
• Sicherheit der übertragenen Datenpakete

LoRaWAN ist eine zukunftsweisende Entwicklung im Rahmen der Datenübertragung. Der Standard füllt die technologische Lücke der bisherigen Mobilfunkstandards Wi-Fi und Netzwerken auf Basis von Bluetooth Low Energy.

Die alten Technologien benötigen entweder grosse Leistung und eine hohe Bandbreite oder können nur eine begrenzte Bandbreite aufweisen und sind nicht in der Lage, massives Mauerwerk in Innenräumen zu durchdringen.

Genau wie der bekannte Standard Wi-Fi arbeitet das neue System in Bereichen, die nicht lizenziert sind. Es unterstützt Anwendungen von Endgeräten in Innenräumen bis hin zum jeweiligen Server. Dabei gilt die Nutzung des Systems auch bei Anwendungen im Aussenbereich als sehr sicher.

Dieser neue Standard ist flexibel, effizient und kostengünstig und eine gute Ergänzung zu Mobilfunknetzen und Wi-Fi.

Messung von Funksystemen – wie gut funktioniert LoRaWAN in der Praxis?

Die Sendeleistung von Informationen über das LoRaWAN Netzwerk ist durch die Nutzung bestimmter Bandbreiten begrenzt. Die Frequenzbänder für Übertragungen liegen bei 433 MHz, 868 MHz und 915 MHz.

Nur durch die Verbesserung der Empfindlichkeit beim Empfänger der Datenpakete ist es möglich, dass mit LoRa Geräten gesendete Daten eine grössere Funkreichweite erhalten als die bisher genutzten Systeme. Ein weiterer Vorteil des zukunftsweisenden Standards sind die verbesserten Möglichkeiten beim Verschlüsseln und Decodieren der einzelnen Telegramme.

LoRaWAN ist in der Lage, Nutzsignale bis zu einer Frequenz von 20 dB unterhalb des Rauschpegels zu empfangen. Damit werden auch Nachrichten noch sicher gesendet und empfangen, die bei herkömmlichen Systemen Probleme bereiten.

Dies bedeutet einen grossen Vorteil in Bezug auf Robustheit bei möglichen Funkstörungen.

Durch die Stabilität des Netzwerkes ist es möglich, dass sich die Funkreichweite mit LoRa betriebenen Geräten um bis zum vierfachen Wert erhöht. Dieser Vorteil bedeutet gleichzeitig, dass sich mit einer geringeren benötigten Reichweite auch gleichzeitig der Energieverbrauch des Netzwerkes deutlich reduziert.

LoRa und LoRaWAN sind damit besonders für regionale Funknetzwerke, beispielsweise im Smart Office eine intelligente Alternative zu den bisher bekannten Netzwerksystemen.

Hier können bestehende Netzwerklösungen optimiert oder komplett ersetzt werden. Weil die Signale fast störungsfrei und mit sicherer Technik verschlüsselt sind, eignen sie sich besonders gut im sensiblen Bereich von erfolgreich arbeitenden Unternehmen.

Die Datenübertragung im LoRaWAN ist absolut sicher. Die Daten werden mittels einer AES-Verschlüsselung zwischen dem Sensor und dem Applikationsserver verschlüsselt. Ein Dritter kann weder ein Sensor aktivieren noch auf die Daten zugreifen, weil er den Schlüssel nicht kennt.

Intelligent vernetzt mit LoRa und LoRaWAN – wie bauen Sie Ihr eigenes Funknetzwerk auf?

Es ist recht einfach, sich sein eigenes Funknetzwerk unter dem Standard der Zukunft aufzubauen, da es sich bei LoRa um ein offenes, gemeinnütziges System der LoRa Alliance handelt. Lediglich die Chiptechnologie, die für die Übertragung von Datenpaketen erforderlich ist, wird von der Firma Semtech zur Verfügung gestellt.

Am Ende des Netzwerkes stehen die Endgeräte, die auf der Basis von LoRa funktionieren. Dazu gehören beispielsweise:

• Sensoren
• Messgeräte
• Knotenpunkte

In der direkten Umgebung der Endgeräte werden Gateways installiert, welche die Datenpakete der Sensoren und Messgeräte erhalten. Jetzt ist es die Aufgabe der einzelnen Gateways, die erhaltenen Informationen an den zugehörigen Netzwerkserver weiterzuleiten. Die Daten zwischen Gateway und Netzwerkserver werden via HTTPS oder VPN übertragen.

Aufgabe des Servers ist es, denbesten Gateway für die Downlink-Message zu wählen und die Daten den dazugehörigen Anwendungen zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich werden redundante Informationen der einzelnen Gateways des Netzwerkes herausgefiltert und entfernt, die bei der Übertragung von mehreren Informationspaketen entstehen können.

Damit grösstmögliche Sicherheit im System herrscht, werden die Telegramme der Endgeräte verschlüsselt gesendet.

Vom Server gegebene Informationen an die Knotenpunkte werden anschliessend gleichzeitig wieder verschlüsselt zurückgesendet.

Die Funktionsweise des Systems beruht darauf, dass der Netzwerkknoten gleichzeitig an alle Gateways des eigenen Netzes seine Informationen sendet. Sobald nur ein Gateway die komplette Information erhält, gilt das Telegramm des Servers als erfolgreich gesendet. So können Informationen trotz schwacher Verbindung gut übertragen werden. Wird auf ein Telegramm des Servers durch das Gateway geantwortet, ist die Übertragung der Kommunikation erfolgreich durchgeführt worden.

Fazit

LoRa und LoRaWAN sind ein zukunftsweisender Standard für professionelle und intelligente Anwendungen im Zusammenhang mit dem Internet of Things. Der Netzwerkstandard basiert auf einem offenen und gemeinnützigen System der LoRa Alliance, das permanent weiterentwickelt wird.

Das Netzwerksystem ist flexibel nutzbar und kann sehr gut in Unternehmen genutzt werden. Es überzeugt durch sichere drahtlose Datenübertragung und einer hohen Servicequalität durch weitgehend störungsfreie Übermittlung der verschlüsselten Botschaften.

Zusätzlich benötigt der Netzwerkstandard der Zukunft einen geringeren Energieverbrauch und trägt damit zur Schonung der Umwelt bei. Lösungen auf der Basis von LoRa und LoraWAN finden Sie auch in den Produkten zur Verbesserung der Raumqualität der Firma AIRICA.