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LoRaWAN: Die Funktechnologie für eine smarte Zukunft

Effizient und umweltfreundlich – so sehen intelligente Städte der Zukunft aus. Das Ziel dabei ist es, die Lebensqualität im urbanen Raum zu erhöhen. Zur Umsetzung benötigt es unter anderem jedoch eine passende Funktechnologie – hier kommt LoRaWAN ins Spiel. Wofür diese Abkürzung steht, wie das Funknetzwerk aufgebaut ist und welche Vorteile es mit sich bringt, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Was bedeutet LoRaWAN?

Der Begriff LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und bezeichnet ein reichweitenstarkes, energiesparendes Funknetzwerk. LoRaWAN ist vor allem für drahtlose, batteriebetriebene Systeme konzipiert und stellt eine Ergänzung zum klassischen Mobilfunknetz dar.

Durch die hohe Reichweite und den geringen Energieverbrauch ist die Funktechnologie besonders für die Informations- und Datenübertragung im sogenannten Internet der Dinge (Internet of Things – IoT) geeignet. Die intelligente Vernetzung von Arbeits- und Alltagsgegenständen stellt die Basis für moderne Städte der Zukunft dar. Das weltweite LoRaWAN-Netz ist somit ein wichtiger Baustein für die Digitalisierung von Prozessen und die Konzeption von Smart Cities.

Exkurs: Das Internet der Dinge (IoT) bezeichnet die Vernetzung von Objekten über das Internet. Intelligente Geräte und Maschinen können über das Netz miteinander kommunizieren und Daten empfangen bzw. übertragen. Dazu zählen beispielsweise Smart-Home-Lösungen, wie die Fernsteuerung der Wohnungsbeleuchtung über eine App.

Kurz erklärt: So funktioniert das Funknetzwerk

Eine LoRaWAN-Funkstation besteht in der Regel aus den folgenden drei Elementen:

  • Sensoren: Mit Sensoren ausgestattete Endgeräte ermitteln Daten und senden diese über LoRa-Funkübertragung an ein LoRaWAN-Gateway in der näheren Umgebung. Neben Sensoren können auch Endgeräte mit Aktoren, Zählern oder Messfühlern verbunden werden.
  • Gateway: Das Gateway ist das Verbindungsglied zwischen LoRaWAN-Sensor und Server. Es nimmt die übermittelten Daten auf und leitet sie via Internetprotokoll (IP) an den Netzwerkserver weiter.
  • Server: Anschließend können die Daten bearbeitet, ausgewertet oder gespeichert werden. Der Netzwerkserver sendet die Informationen dazu an den Applikationsserver weiter. Die Visualisierung der Daten erfolgt – ja nach Applikationsgerät – über PC, Notebook oder Smartphone.

Gut zu wissen: LoRaWAN ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation. Sowohl Endgeräte als auch Gateways können Daten erhalten oder senden. Somit ist die Informationsübertragung in beide Richtungen möglich.

Ein besonderer Vorteil der Datenübermittlung mit LoRaWAN ist die hohe Funkreichweite: In bebauten Stadtgebieten funktioniert die Datenübertragung über eine Entfernung von bis zu 2 km, in ländlichen Gebieten ist eine Funkreichweite von bis zu 15 km und mehr möglich. LoRaWAN bietet außerdem eine sehr gute Gebäudedurchdringung und reicht bis in Kellergeschosse oder Tiefgaragen.

Im Gegensatz zu anderen Funktechnologien (z. B. WLAN oder Bluetooth) ist der Energieaufwand dabei sehr gering. Das liegt vor allem an den kleinen Datenmengen und langen Übertragungszeiten. Dies wirkt sich dementsprechend positiv auf die Batterielaufzeit der Endgeräte aus, welche bis zu 10 Jahre betragen kann.

Wie hoch der Energieverbrauch letztendlich ist, hängt jedoch auch von dem gewählten Endgerät ab. Dabei wird in drei Geräteklassen unterschieden:

  • Klasse A: LoRaWAN-Geräte dieser Klasse sind besonders energieeffizient und eignen sich auch für Anwendungen im IoT. Sie befinden sich permanent im Energiesparmodus und kommunizieren nur in zufallsgesteuerten Zeitfenstern. Diese können beispielsweise durch eine Zustandsänderung – wie der Überschreitung eines Grenzwertes – generiert werden.
  • Klasse B: Bei dieser Geräteklasse kann ein vordefiniertes Zeitfenster festgelegt werden, in welchem das LoRaWAN-Modul aus dem Ruhemodus erwacht und Daten übermittelt oder empfängt.
  • Klasse C: Diese Endgeräte befinden sich im stetigen Empfangsmodus und können Informationen zu jeder Zeit erhalten und versenden. Allerdings zählen sie auch zu den Geräten mit dem höchsten Energieverbrauch und eignen sich daher besser für Systeme mit externer Stromversorgung.

Gut zu wissen: Die gesamte Kommunikation vom Sensor bis zum Netzwerkserver erfolgt in verschlüsselter Form. Somit ist die Datenübertragung mit LoRaWAN äußerst sicher.

LoRa und LoRaWAN: Wo liegt der Unterschied?

Die beiden Begriffe LoRa und LoRaWAN sind sich zwar ähnlich, beschreiben jedoch unterschiedliche Dinge. Um Verwirrung zu vermeiden, werden die Begrifflichkeiten im Folgenden kurz erklärt.

  • LoRa (Long Range): Beschreibt die Funktechnik, welche vom Unternehmen Semtech entwickelt wurde und eine energiesparende Datenübertragung über große Strecken ermöglicht. LoRa zählt zu den sogenannten LPWAN (Low Power Wide Area Networks) und wird für die drahtlose Datenübermittlung zwischen Sensor und Gateway verwendet.
  • LoRaWAN (Long Range Wide Area Network): Ist ein offenes, cloudbasiertes Protokoll, das von der Non-Profit-Organisation LoRa Alliance zur Verfügung gestellt wird. LoRaWAN nutzt das LoRa-Signal, um IoT-Anwendungen zu verbinden. Der Begriff bezeichnet somit die gesamte Netzwerkarchitektur sowie die Kommunikation der einzelnen Module untereinander.
Die LoRaWAN-Technologie ermöglicht es, Geräte auch von der Ferne aus zu überwachen, zu steuern und damit Wartungs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren.

LoRaWAN: Bandbreite der Funktechnologie

Für die LoRa-Kommunikation werden unterschiedliche Frequenzkanäle mit verschiedenen Datenraten genutzt. In Europa läuft die Datenübertragung mit LoRaWAN meist über das lizenzfreie 868-MHz-Band. Da sich die Funktechnologie vor allem an Anwendungen mit niedrigem Datenvolumen richtet, ist auch die Übertragungsrate begrenzt und erreicht maximal 50 Kilobit pro Sekunde (Kbit/s).

Ist LoRaWAN auch in Österreich verfügbar?

Ja, der Funkstandard kann auch hierzulande genutzt werden. In Tirol betreibt die IKB bereits mehr als 60 Gateways und bietet damit das größte LoRaWAN-Netz der Region. Unternehmen haben somit die Möglichkeiten, auch eigene Endgeräte in das Funknetz einzubinden und Daten sicher und kostengünstig zu übertragen.

Zusätzlich werden Betriebe bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Lösungen für individuelle Anwendungszwecke von der IKB unterstützt: Dazu zählen beispielsweise die Auswahl der passenden Sensorik sowie die Einrichtung und Programmierung von gewünschten Applikationen.

Sie möchten das LoRaWAN-Netz in Tirol für Ihr Unternehmen nutzen? Nehmen Sie Kontakt mit den IT-Expert:innen der IKB auf – wir beraten Sie gern!

LoRaWAN und Smart Cities: Anwendungsbeispiele

Die LoRa-Funktechnologie ist ein zentraler Bestandteil für die Entwicklung von intelligenten Städten. Das Konzept „Smart Cities“ zielt darauf ab, Bereiche wie Mobilität, Energie oder öffentliche Sicherheit effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten. Dadurch soll die Lebensqualität im urbanen Raum erhöht werden.

Das energiesparende und reichweitenstarke LoRaWAN-Netz eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für neue IoT-Anwendungen aller Art – ob im öffentlichen Bereich, in der Industrie und Landwirtschaft oder für private Zwecke. Im Folgenden haben wir ein paar Anwendungsbeispiele gesammelt:

  • Steuerung des Straßenverkehrs durch ein intelligentes Ampelsystem. Mittels Sensoren in den Fahrzeugen kann ein flüssiger Autoverkehr gewährleistet werden, ohne dass es zu längeren Verzögerungen kommt.
  • Überwachung der Luftqualität und des Raumklimas in Büros, Bildungseinrichtungen oder Veranstaltungsräumen. So können Konzentration und Gesundheit gesteigert sowie der Energieverbrauch im Gebäude optimiert werden.
  • Ermittlung von Bodenfeuchte, Temperatur oder Niederschlagsmengen in landwirtschaftlichen Betrieben. Durch die Messung dieser Werte kann umgehend reagiert und beispielsweise die Bewässerung angepasst werden.
  • Störungen oder Ausfälle bei Maschinen frühzeitig erkennen. Dies ist vor allem in Industrie- und Produktionsanlagen von Vorteil. Hier kann beispielsweise ein Alarm gesetzt werden, sobald bestimmte Grenzwerte überschritten werden oder die Auslastung der Maschinen zu hoch ist.
  • Füllstandssensoren für Abfallbehälter.

LoRaWAN als Basistechnologie für intelligente Städte und Gemeinden

Durch die hohe Funkreichweite und den minimalen Energieaufwand ist die Datenübertragung mit LoRaWAN bestens für IoT-Systeme geeignet. Nicht nur Privatpersonen und Unternehmen, sondern auch Städte und Gemeinden profitieren von der ressourcenschonenden Funktechnologie. Damit leistet LoRaWAN einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von gut vernetzten, lebenswerten Städten der Zukunft.

Dank der Füllstandsmessung in Abfallbehältern sind die Touren für Sammelwägen besser planbar und können reduziert werden. Das wiederum reduziert den Treibstoffverbrauch und führt zu einer unmittelbaren Reduktion von CO2-Emissionen.
Dank der LoRaWAN-Technologie kann die Steuerung von Anlagen einfach automatisiert werden und übersichtliche Dashboards ermöglichen einen schnellen Überblick.

Anwendungsfelder der IKB

Richtiges Lüften spart Energie und erhöht die Konzentrationsfähigkeit

In Schulklassen, Besprechungsräumen, Büros und Wohnungen wird es immer wichtiger, für eine gute Qualität von Luft und Temperatur zu sorgen. Mit den Sensoren für Umwelt kann nahezu jede Kenngröße erfasst und analysiert werden.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Schimmelprävention
  • Luftqualitätsmessungen
  • Lärmmessungen
  • Brandmeldeanlage
  • Temperaturüberwachung

Sensoren:

  • Temperatur
  • Luftfeuchte
  • Luftqualität
  • Staub
  • Lärm
  • Helligkeit
  • Luftdruck
  • Rauchmelder
  • Eiswarnmelder
  • Bodenfeuchte

Die Verbrauchswerte stets im Blick behalten

Für Einsparungen bei der Energieversorgung in Gebäuden ist ein ausführliches Erfassen der einzelnen Gewerke nötig. Nur anhand dieser Daten können entsprechende Maßnahmen gesetzt werden.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Verbrauchsanalyse
  • Fehlererkennung
  • Abrechnungssystem
  • Leckagemeldungen
  • Lastprofile

Sensoren:

  • Wasserzähler
  • Stromzähler
  • Gaszähler
  • Wärmemengenzähler

Stets über die Füllstände der Abfalleimer informiert sein

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Füllstandsüberwachung
  • Routenführung
  • Brandfrüherkennung
  • Schutz vor Missbrauch

Sensoren:

  • Füllstand
  • Neigung
  • Temperatur
  • Erschütterung
  • Position
  • GPS-Tracker
  • Batteriewarnung

Leckagen rechtzeitig erkennen

Die Überwachung von Füllstand und Qualität sowie Temperaturen ist für eine einwandfrei funktionierende Wasserversorgung sehr wichtig. Um lange Wege zu den Hochbehältern zu sparen, realisieren wir ganze Konzepte für eine professionelle Überwachung und Steuerung solcher Versorgungsanlagen. Unregelmäßigkeiten werden unverzüglich gemeldet.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Qualitätsmessung
  • Pegelüberwachung
  • Objektschutz
  • Temperaturüberwachung

Sensoren:

  • Temperatur
  • Luftfeuchte
  • Füllstand
  • Schüttungen
  • Wasserverbrauch
  • Wasserqualität
  • Leitungsdruck
  • Rauchmelder

Effizient Räumen

Der Winterdienst betreut oft große Gebiete, in denen die Sicherheit der Bürger gewährleistet sein muss. Die Gegeben- heiten sind aber nicht überall die gleichen - in unterschiedlichen Höhenlagen verändern sich die Verhältnisse teils drastisch. Um den Räumdienst zu vereinfachen bieten wir komplexe Monitoring-Lösungen.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Temperaturüberwachung
  • Schneehöhenprofile
  • Niederschlagsmonitoring
  • Glatteiswarnung
  • Streugutkontrolle
  • Füllstandsmessung

Sensoren:

  • Temperatur
  • Luftfeuchte
  • Schneehöhe
  • Eiswarnmelder
  • Helligkeit
  • Luftdruck
  • Bodenfeuchte

Besucher richtig lenken

In einer Stadt oder einer Gemeinde ist der Bereich Parkraummanagement ein wichtiges Thema. Enorm viele Autofahrer suchen täglich Plätze für ihr Fahrzeug. Anhand der neuen Sensorik ist es möglich, freie Parkflächen zu erkennen. Diese Informationen können dann mittels Infosystemen oder Apps an die Besucher weitergegeben werden. Selbst in Parkhäusern und Garagen können diese Sensoren problemlos eingesetzt werden.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Belegtmeldung
  • Leitsystem
  • Parkdauerüberwachung

Sensoren:

  • Abstandmessung
  • Parkplatzsensor

Sicherheit für Ihre Gebäude

In jeglichen Gebäuden kommen immer wieder Probleme auf. Sei es mit dem Schließen der Fenster oder Versperren diverser Räume. Auch an den technischen Einrichtungen können Störungen anliegen. Wir bieten Ihnen Lösungen zur Überwachung und Kontrolle ihrer Gebäude.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Objektschutz
  • Störmeldesystem
  • Brandmeldeanlage
  • Überwachung

Sensoren:

  • Reedkontakte
  • Fenstersensoren
  • Türsensoren
  • Störmelder
  • Staub
  • Lärm
  • Helligkeit
  • Rauchmelder

Rechtzeitig gewarnt werden

In den Sommermonaten kommt es in unseren Regionen oft zu besonders starken Gewittern. Wind, Hagel und Starkregen sorgen für Überflutungen. Richtige Sensorik an Problemstellen können für die Hochwasserwarnungen gute Unterstützung sein. Auch weit oben am Berg - ohne Strom.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Hochwasserwarnsystem
  • Pegelmessung
  • Schüttungsmessung
  • Durchflussmessung

Sensoren:

  • Temperatur
  • Niederschlag
  • Wind
  • Pegelmessung
  • Lärm
  • Füllstandsmessung

Die Herde im Überblick behalten

Der Standort verschiedener Objekte ist eine wichtige Information. Entweder zur Nachverfolgung einer gewissen Route oder zur Suche. Der Herdenschutz eines Landwirts kann auf großen Almflächen eine sehr anspruchsvolle Arbeit sein. Sollte es einem Tier nicht gut gehen, können gewisse Sensoren eine Meldung absetzen.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Fuhrparkmanagement
  • GPS-Tracking
  • Nachverfolgung
  • Herdenmanagement

Sensoren:

  • GPS-Position
  • Temperatur
  • Erschütterung
  • Beschleunigung

Richtig beleuchten

Dimmbare LED-Außenbeleuchtung ermöglicht beinahe unendliche Beleuchtungsmöglichkeiten und spart enorme Energiemengen ein. Der Einsatz von IoT ermöglicht eine einfache und unkomplizierte Ansteuerung der Lampen.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Beleuchtungssteuerung
  • Erkennen von Ausfällen
  • Einsatzunterstützung

Sensoren:

  • Helligkeit
  • Stromaufnahme
  • Notfallknopf
  • Schnittstellen

Verkehrszählung leicht gemacht

Das Problem der nicht angepassten Geschwindigkeiten von Fahrzeugen wird oft nicht als Problem erkannt. Leider ist es aber so, dass sehr viel auf Grund vom nicht Einhalten der Limits passiert. Die entsprechende Hardware kann für eine Langzeiterhebung behilflich sein.

Personenzählung leicht gemacht

Infolge behördlicher Auflagen kommt es immer wieder zu Einschränkungen von Personenansammlungen. Auch hier kann mittels Radarsensoren bei Ein- und Ausgängen eine sehr genaue Personenanzahl ermittelt werden.

IoT/LoRaWAN-Lösungen:

  • Verkehrszählungen
  • Geschwindigkeitsmessungen
  • Personenzählungen

Sensoren:

  • Radarmessung
  • ToF-Messung
  • Infrarotlichtschranke

Vorteile und Möglichkeiten

Benefits und Möglichkeiten des LoRaWAN/IOT-Netzwerkes der IKB

Als regionale Expertin betreibt die IKB in Tirol bereits mehr als 50 Gateways und bietet damit das größte LoRaWAN-Netz der Region. Unternehmen haben somit die Möglichkeiten, auch eigene Endgeräte in das Funknetz einzubinden und Daten sicher und kostengünstig zu übertragen.

Daten sammeln &
Zentrales Datenmanagement
Überwachung von Zuständen
& Benutzerberechtigung
Steuern von Anlagen
Aus der langfristigen und genauen Datenerfassung via LoRaWAN können wichtige Erkenntnisse einer Anlage oder eines Gewerks gewonnen werden.



 
Die LoRaWAN-Technologie ermöglicht es, Geräte auch von der Ferne aus zu überwachen, zu steuern und damit Wartungs- und Instandhaltungskosten zu reduzieren. Das Besondere: Ganz unproblematisch können hier Benutzerberechtigungen vergeben werden.

 
Dank LoRaWAN-Technologie kann die Steuerung von Anlagen einfach automatisiert werden und übersichtliche Dashboards ermöglichen schnellen Überblick und Handeln.

Zusätzlich werden Betriebe bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Lösungen für individuelle Anwendungszwecke von der IKB unterstützt: Dazu zählen beispielsweise die Auswahl der passenden Sensorik sowie die Einrichtung und Programmierung von gewünschten Applikationen.

Auf einen Blick: Das sind die Vorteile von LoRaWAN

Im Vergleich zu anderen Funktechnologien bietet LoRaWAN zahlreiche Vorteile. Hier haben wir die wichtigsten Merkmale nochmal zusammengefasst:

  • große Reichweite: LoRaWAN zeichnet sich durch seine hohe Funkreichweite und gute Gebäudedurchdringung aus. Die Reichweite kann in unbebauten, ländlichen Gebieten mehr als 15 km betragen
  • energiesparend: Durch eine geringe Datenmenge und kurze Übertragungszeiten ist die Datenübermittlung mit LoRaWAN besonders energieeffizient.
  • lange Batterielaufzeit: Die LoRaWAN-Endgeräte erreichen eine Batterielaufzeit von bis zu 10 Jahren. Somit ist ein unabhängiger Langzeitbetrieb problemlos möglich.
  • sichere Datenübertragung: Mittels Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ist auch die Datenübertragung sicher und zuverlässig.
  • bidirektionale Kommunikation: Je nach Verwendungszweck können LoRaWAN-Endgeräte Daten übermitteln oder auch erhalten. Somit ist eine Kommunikation in beide Richtungen möglich.
  • weltweites Netzwerk: LoRaWAN ist ein weltweites Funk-Netzwerk und kann auf regionaler, nationaler oder globaler Ebene genutzt werden.

FAQ LoRaWAN

Der Funkstandard soll mit Ende 2022 österreichweit verfügbar sein. In Tirol stellt die IKB bereits ein LoRaWAN-Netz mit mehr als 50 Gateways zur Verfügung.

Die LoRaWAN-Kommunikation erfolgt mit Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Zusätzlich verfügt jedes Endgerät über eine individuelle Codierung, wodurch eine sichere Datenübertragung ermöglicht wird.

Der Funkstandard ist frei verfügbar und ohne Lizenzkosten von Städten, Unternehmen sowie Privatpersonen nutzbar. Es fallen Kosten für die Übertragungsleistungen der Provider an.

LoRaWAN ist für IoT-Anwendungen konzipiert. Dabei werden geringe Datenmengen über weite Strecken übermittelt. Aus diesem Grund ist die Datenübertragungsrate auf maximal 50 Kilobit pro Sekunde (50 Kbits/s) beschränkt.

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