Was ist LoRaWAN?

Für IoT-Anwendungen werden stromsparende Netzwerke für die drahtlose Übermittlung kleiner Datenmengen über grosse Reichweiten benötigt. Das Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist eine mögliche und vielversprechende Technologie, welche aktuell weltweit in den Industrie- und Entwicklungsländern eine schnelle Verbreitung erfährt. In diesem Blog möchten wir Ihnen die LoRaWAN-Technologie etwas näherbringen.



Was ist LoRaWAN?

Bei LoRaWAN handelt es sich um Funknetzwerke auf der technischen Grundlage von LoRa. Da LoRaWAN auf lizenzfreie ISM-Bänder setzt, erhält der Nutzer mit dieser Lösung eine Alternative zum klassischen Mobilfunknetz, denn ein zentraler Netzbetreiber ist hier nicht erforderlich. Hinter dieser Open-Standard-Netzwerkschicht steht die gemeinnützige «LoRa Alliance».


LoRaWAN und das Internet of Things (IoT)

LoRaWAN eignet sich hervorragend für den Einsatz im Rahmen von IoT. Da es sich um einen offenen Funkstandard handelt, bietet sich LoRaWAN für IoT-Anwendungen oder den Aufbau von M2M-Netzwerken mit Kommunikation in beide Richtungen an. Für IoT sind günstige Netzwerke mit geringem Stromverbrauch und daher langen Batterielaufzeiten gefragt, wie sie für LoRaWAN typisch sind. Aufgrund der geringen Batteriebeanspruchung erreichen die Geräte eine Lebensdauer von vielen Jahren. Die geringfügigen Datenmengen erfordern auch kein breitbandiges Netz. Beim Einsatz mit batteriebetriebenen Geräten kann LoRaWAN seine Stärken also voll ausspielen und dient dann als idealer Partner für IoT.


LoRaWAN basiert auf der Funktechnologie LoRa

LoRaWAN verwendet die Funktechnologie LoRa, ist mit dieser aber nicht gleichzusetzen. LoRaWAN ist für die Definition des Kommunikationsprotokolls zuständig, ebenso wie für das Netzwerk und die Systemarchitektur. Bei LoRa hingegen handelt es sich um die Schicht für die Herstellung der Funkkommunikationsverbindung mit grosser Reichweite.


Aufbau und Funktionsweise von LoRaWAN

LoRaWAN erfüllt mit seinen besonderen Eigenschaften alle Anforderungen, die IoT an ein Netzwerk stellt. Dazu gehören sichere und bidirektionale Verbindungen ebenso wie eine hohe Mobilität. Ein Sensor kommuniziert immer direkt mit einem Gateway. Eine Funkkommunikation von Sensor zu Sensor oder über Repeater ist bei LoRaWAN nicht vorgesehen. Das Gateway stellt die Verbindung zum Netzwerkserver per Internet Protokoll (IP) her. Der Netzwerkserver leitet anschliessend die Daten an den Applikationsserver weiter. Je nach Applikation können die Daten von einem PC oder einem Smartphone abgerufen werden.


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Das LoRaWAN-Netz grafisch dargestellt.


Zu den wichtigen Eigenschaften gehört auch die Verteilung der Sensoren auf mehrere Frequenzkanäle. Zudem kann die Datenrate dynamisch angepasst werden. Je besser die Funkverbindung zwischen Sensor und Gateway ist, desto höher kann die Datenrate gewählt werden. Mit einer hohen Datenrate werden die Nutzdaten schneller übertragen und der Funkkanal ist dadurch weniger lang belegt. Das Gateway kann mehrere Funkkanäle und verschiedene Datenraten parallel empfangen. Durch die verschiedenen Frequenzkanäle und Datenraten wird sichergestellt, dass sich Sensoren möglichst nicht gegenseitig behindern.

An diesem Aufbau ist erkennbar, dass LoRaWAN hervorragend für die Errichtung von Netzwerken mit tausenden angebundenen Sensoren geeignet ist. Die Sensoren sind für die Erfassung von Daten und Werten zuständig, die Gateways übermitteln diese Daten und erschaffen damit das Netzwerk. Neben Sensoren lassen sich auch Zähler und Aktoren verbinden.


Die Reichweite

Zu den vielen Vorzügen von LoRaWAN gehört auch dessen hohe Funkreichweite. In Abhängigkeit von der Umgebung sind in der Stadt bis zu 2 km erreichbar, in ländlichen Gebieten sind sogar 10 km und mehr realistisch. Zu den Vorteilen des in Europa meist verwendeten 868MHz ISM-Frequenzband gehört zudem die gute Durchdringung von Gebäuden. Damit ist eine Erreichung von Kellergeschossen möglich. Die hohen Funkreichweiten sind das Ergebnis der verwendeten Funktechnologie LoRa, die auf einer Chirp Spread Spectrum Modulation basiert und sich als besonders leistungsfähig erwiesen hat.


Wer baut öffentliche LoRaWAN Netzwerke in der Schweiz und in Deutschland auf?

In der Schweiz baut die Swisscom ein landesweites LoRaWAN Netzwerk auf. In Deutschland sind Digimondo, Minol ZENNER Connect und Netzikon als Netzbetreiber registriert. Zudem bauen verschiedene öffentliche Gemeinschaften Netzwerke in Europa und der ganzen Welt auf. Zu den bekanntesten gehören hier The Things Network und Loriot. Für Unternehmen ist auch ein flexibler Aufbau eigener LoRaWAN Netze durch die Errichtung entsprechender Gateways und Server jederzeit möglich. Damit bleiben sie unabhängig von grossen Netzanbietern.

Zu den Gründungsmitgliedern der «LoRa Alliance» gehören weitere Unternehmen wie Semtech, Microchip, IBM und Cisco. Damit hat die Technologie namhafte und potente Unterstützer in der Wirtschaft. Die Gründung erfolgte im Jahr 2015, bis heute haben sich etwa 500 Unternehmen als Mitglieder angeschlossen. Die Allianz ist in Nordamerika, in Europa und in Asien sowie in Afrika vertreten und gehört zu den besonders schnell wachsenden Bündnissen im Technologiesektor. Dieses starke Engagement für die neue Technologie unterstreicht die Bedeutung von LoRaWAN.

Wir sehen im LoRaWAN ein grosses Potential für zukunftsweisende Anwendungen. Mit unserem Know-How für die Entwicklung von Funksystemen sowie stromsparenden batteriebetriebenen Geräten sind wir der ideale Partner für die Umsetzung ihrer eigenen LoRaWAN Projekten.


 


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