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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 kurzen 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.

LoRaWAN: Bandbreite und Kosten 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).

Wie sieht es nun aber mit den Kosten für LoRaWAN aus? Für die Nutzung der freien Frequenzbänder fallen weder Lizenz- noch Mobilfunkgebühren an. Das LoRaWAN-Netz ist für jeden frei verfügbar und wird von dem Non-Profit-Verein LoRa Alliance kostenfrei bereitgestellt. Damit möchte die Organisation eine Datenübertragung für das IoT im großen Maßstab ermöglichen.

Der Betreiber eines Gateways muss dieses lediglich anmelden und im Gegenzug auch anderen LoRaWAN-Nutzern kostenlos zur Verfügung stellen. Anschließend werden die Endgeräte – welche über eine individuelle Codierung verfügen – im Netzwerk angemeldet und mit dem jeweiligen Applikationsgerät verbunden. Nun kann das LoRaWAN-Modul eingerichtet und gewünschte Funktionen können programmiert werden.

Ist LoRaWAN auch in Österreich verfügbar?

Ja, der Funkstandard kann auch hierzulande genutzt werden. In Tirol betreibt die IKB bereits mehr als 50 Gateways und bietet damit das größte, flächendeckende 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-Experten 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.

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.

LoRaWAN als Basistechnologie für intelligente Städte

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 profitieren von der ressourcenschonenden Funktechnologie. Damit leistet LoRaWAN einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von gut vernetzten, lebenswerten Städten der Zukunft.

FAQ LoRaWAN

Wo ist LoRaWAN verfügbar?

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

Wie sicher ist LoRaWAN?

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

Wie kann ich LoRaWAN nutzen?

Das Funknetzwerk ist frei verfügbar und kann von Städten, Unternehmen sowie Privatpersonen genutzt werden, ohne dass Nutzungsgebühren anfallen.

Wie schnell ist LoRa?

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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