Was ist LoRaWAN®?Eine kurze Übersicht
Im Internet der Dinge kommunizieren Milliarden von Geräten, die sich über Sensoren und Aktoren miteinander vernetzen. Die gängigen Funktechnologien können diesen Kommunikationsbedarf jedoch nicht umfassend unterstützen. Hierfür bieten sich Low-Power-Netzwerke (LPWAN) an. Über sie verbinden sich die autonomen Geräte und tauschen Informationen aus.
Das Netz überträgt in regelmäßigen Abständen kleinste, von Sensoren erfasste Datenpakete per Funk an eine Zentrale. Aufgrund ihrer geringen Bandbreite zeichnen sich diese Netzwerke durch einen besonders niedrigen Energieverbrauch aus.
LoRaWAN®Eine kurze Übersicht
LoRaWAN® gehört zu den Low-Power-Netzwerken (LPWAN). Diese übertragen in regelmäßigen Abständen kleinste, von Sensoren erfasste Datenpakete per Funk an eine Zentrale. Aufgrund ihrer geringen Bandbreite zeichnen sich diese Netzwerke durch einen besonders niedrigen Energieverbrauch aus. Die Sender benötigen in der Regel keine eigene Stromversorgung, sondern beziehen ihre Energie aus Batterien, deren Lebensdauer je nach Anwendung bei bis zu zehn Jahren liegt. Die Sender und Empfänger haben, abhängig von der Umgebung, eine Reichweite von bis zu 15 km. Die Signale durchdringen problemlos Gebäudemauern und erreichen so auch „Deep-Indoor-Standorte“ wie etwa Kellerräume.
Einfache InstallationLoRaWAN®
Anders als Sensoren, die über SIM Karten aufwendig konfiguriert werden müssen, funktioniert LoRaWAN® per Plug & Play. Sensoren sind direkt mit dem LoRaWAN®-Netzwerk verbunden.
LoRaWAN® ist ein weltweit verbreiteter, von der internationalen LoRa Alliance™ standardisierter Low-Power-Netzwerk Standard.
LoRaWAN®Technik im Überblick
LoRaWAN® basiert auf dem weltweiten offenen Industriestandard LoRaWAN® und nutzt freie Frequenzbänder aus den lizenzfreien ISM-Bändern. In Europa sind das die Bänder im Bereich 868 MHz. Dank Frequenzspreizung ist die Technik nahezu immun gegen Störstrahlung. Die Reichweiten zwischen Sender und Empfänger betragen je nach Umgebung bis zu 15 km. Die Kommunikation der Endgeräte erfolgt auf verschiedenen Frequenzkanälen mit Datenraten zwischen 0,3 bis 50 kbit/s. Um die Batterielebensdauer zu maximieren und die Gesamtnetzkapazität zu lenken, steuert das LoRaWAN® die Datenrate und den HF-Ausgang mit Hilfe der adaptiven Datenrate (ADR) für jedes Endgerät einzeln.
Der Energieverbrauch eines Sensors beträgt beim Datentransfer lediglich 10 mA, im Ruhemodus sogar nur 100 nA. Damit ist – je nach Anwendungsfall – ein Batteriebetrieb von 2 bis 10 Jahren möglich.
Ein Vorteil der LoRaWAN®-Technologie ist deren mögliche bidirektionale Datenübertragung: Damit lassen sich nicht nur Daten einsammeln, sondern Geräte lassen sich über das LoRaWAN®-Netz auch aktiv steuern. Die standardisierten Schnittstellen (API) der LoRaWAN®-Infrastruktur erlauben es, Sensoren und Applikationen schnell und flexibel anzubinden. Dabei werden die Sensordaten verschlüsselt bis zur Cloud-Anwendung transportiert.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für den Erfolg und die Akzeptanz des Internet der Dinge ist die Sicherheit und Vertraulichkeit der transportierten Daten. Dieser Aspekt wurde daher von Anfang an bei der Konzeption von LoRaWAN priorisiert. In diesem Sinne halten wir uns an den LoRaWAN®-Standard, um die notwendige Sicherheit bei der Anbindung von IoT-Objekten sicherzustellen.
- Modulation: Cirp Spread-Spectrum und FSK
- Datenraten: 250 bit/s – 50 kbit/s
- steuerbar über 6 Spreizfaktoren (SF 7 – SF 12) und FSK
- „Orthogonalität“ der Spreizfaktoren ermöglicht gleichzeitiges Senden mehrerer Endgeräte im selben Kanal
- SF: im Endgerät konfiguriert oder dynamisch automatisch adaptierbar (ADR)
- Frequenz: ISM-Band 868 MHz (863 – 870 MHz)
- Unterteilt in mehrere Subbänder; Funk-Kanalbandbreite: 125 kHz
- Kanalnutzungsdauer je Endgerät regulatorisch in Deutschland begrenzt (Arbeitszyklus)
- Verbindung: Uplink-orientiert, bidirektional
- Provisionierung: Endgerät vorprovisioniert oder spontan OTA (Over The Air)
- Reichweiten: > 2 km in Stadtgebieten, > 15 km in ländlichen Gebieten
- Empfindlichkeit: -137 dBm Sendeleistung: +20 dBm
- Datenpakete: ca. 250 Byte / Paket (davon max. 59 Byte Nutzdaten)
