LoRaWAN

Was ist LoRaWAN

Was ist LoRaWAN

LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network. LoRa® ist eine weltweit anerkannte Funktechnologie für die Datenübertragung im Internet der Dinge (IoT = Internet of Things).

Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzprotokoll auf der Ebene der Vermittlungsschicht

Es wurde speziell für das Internet of things (IoT) und Industrial Internet of Things (IIoT) entwickelt. Mit LoRaWAN ist es möglich mehrere hundert Sensoren innerhalb eines Netzwerkes zu verwalten und Sensordaten zu verarbeiten.

LoRa
LoRaWAN

LoRa bezeichnet die von Semtech entwickelte Funktechnik, die eine extrem stromsparende und weitreichende Datenübertragung möglich macht.

LoRa ist ein leitungsloses Übertragungsverfahren auf der Bitübertragungsschicht (engl. physical layer). Es ist asymmetrisch und auf Energieeffizienz für Reichweiten über 10 km für die Uplink-Kommunikation (also das Senden vom Endgerät an das Netz) ausgerichtet. Die Datenübertragungsrate reicht von 292 bit/s bis 50 kbit/s. Verschiedene Betriebsabstufungen bis hin zu quasi-kontinuierlicher Downlink-Kommunikation sind möglich – letzteres geht auf Kosten der Energieeffizienz. Angesichts der physikalischen Charakteristika – Senden im niedrigen Frequenzbereich mit geringem Energiebedarf – kann das „LoRa“ auch als „low radiation“ gelesen bzw. verstanden werden. So spricht etwa die LoRa Alliance auch von Low Power Wide Area Networks.

LoRa nutzt regional unterschiedliche Frequenzbereiche im ISM- und im SRD-Band, darunter in Europa das Frequenzband von 433,05 bis 434,79 MHz (ISM-Band Region 1) und von 863 bis 870 MHz (SRD-Band Europa). In Nordamerika ist das Frequenzband von 902 bis 928 MHz (ISM-Band Region 2) dafür freigegeben.

Die Frequenzspreizung ermöglicht eine hohe Effizienz bei Datentransfer und Energieverbrauch. Interferenzen werden dadurch minimiert. Die Datentransferrate zum Endgerät kann durch den LoRaWAN-Netzserver je nach Bedarf angepasst werden (ADR = Adaptive Data Rate).

Anwendungsbeispiel: Vernetzung einer Industriehalle

Möchte man eine Industriehalle mit unterschiedlichen Sensoren vernetzen, könnte ein Szenario wie folgt aussehen:

Zuerst werden Sensoren (Nodes) platziert, um die gewünschten Betriebsparameter zu erfassen. Dies könnten das Raumklima (Temperatur, Luftfeuchte, CO2 Belastung) in der Halle oder auch Maschinenparameter (Stromverbrauch, Stückzahl, etc.) sein. Natürlich gibt es noch viele weitere Anwendungsfälle.

Üblicherweise reicht die Reichweite eines LoRa-Gateways aus um alle Sensoren in der Halle abzudecken. Dieses Gateway wird nun über LAN oder LTE mit dem Internet verbunden und am LoRa-Server registriert.

Nun ist die Kommunikation zwischen Sensoren und Server hergestellt und die Sensordaten können weiterverarbeitet werden. Das ermöglicht die Überwachung des Raumklimas oder von Auslastung bzw. Störungen der Maschinen. Auf Basis dieser Daten können faktenbasierte Entscheidungen und Optimierungen vorgenommen werden. Bei Erreichen kritischer Werte kann ein Alarm ausgelöst werden.

Die LoRa Alliance ist ein gemeinnütziger Verein, der sich zum Ziel gesetzt hat, durch die Entwicklung und Förderung des offenen LoRaWAN-Standards die Bereitstellung von LPWAN-IoT (Low Power Wide Area Networks) in großem Maßstab zu ermöglichen. Sie standardisiert und akkreditiert Zertifizierungsschemata um das Funktionieren und die Skalierung von LoRaWAN-Netzwerken sicherzustellen

Vergleich mit anderen Funktechnologien

Die Vorzüge einer Datenübertragung mit hoher Reichweite und dabei geringem Leistungsverbrauch erfüllen nur die wenigsten Technologien. Gängige Sensorlösungen basierend auf WLAN, Bluetooth oder Zigbee haben eine maximale Reichweite (unter optimalen Bedingungen!) von ca. 100 Metern. Das ist in der Praxis für die Industriehalle im obigen Beispiel oft nicht ausreichend und für ein größeres Areal im Freien zu wenig.

Bei WLAN muss zusätzlich die Leistungsaufnahme berücksichtigt werden. WLAN benötigt in etwa drei Mal so viel Strom, wie ein herkömmliches LoRa-Modul.

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Michael
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