LoRaWAN®

LoRa™ und LoRaWAN®

IOT-Netzwerk für Jedermann

Das Thema „Internet der Dinge“ IOT beflügelt aktuell Medien, Industrie und Enthusiasten gleichermaßen. Dabei sind vernetzte Maschinen im industriellen Umfeld bereits seit langem Standard, man denke nur an CAN, Modbus, Ethernet/IP oder Profibus. Allerdings waren diese (Feldbus)-Netzwerke bislang, auch mit Blick auf Sicherheitsaspekte, zumeist lokal und verfügten nur über schmale Schnittstellen zur Außenwelt, die regelmässig aus dem Intranet des Unternehmens bestand.
Erklärtes Ziel von IOT-Geräten ist es hingegen, dass jedes einzelne Gerät seine Daten über das Internet austauschen kann und damit jede Ortsabhängigkeit aufgehoben wird. Hierfür ist es, abgesehen von enormen Anstrengungen zur Wahrung der Datensicherheit erforderlich, dass am Standort der Geräte auch ein Internetzugang besteht.

Verkabelungen sind kostenintensiv, weshalb Funkverbindungen häufig präferiert werden. Hier bietet sich das Mobilfunknetz an, wenn es denn verfügbar ist. Gerade in Gebäuden gestaltet sich der Empfang jedoch oft schwierig. Seit einigen Jahren gibt es Bestrebungen, unabhängige Netze im lizenzfreien ISM-Band (in Europa 433 und 868 Mhz) aufzubauen.
Ziel ist die zuverlässige und sichere Übertragung kleiner Datenmengen an einen Router, (im LoRa-Jargon Gateway genannt) der diese Informationen dann verarbeiten und weiterleiten kann.

Zumindestens in Europa hat sich der Semtech LoRaWAN® Standard am weitesten durchgesetzt.

Das Konzept

LORA32 Modul

Das Long Range Wide Area Network, kurz LoRaWAN® arbeitet mit Geräten, (Nodes) welche die Daten liefern und ggf. gesteuert werden und Gateways , die für die Weiterleitung dieser Daten ins Internet verantwortlich zeichnen.
Hierbei fungieren die Gateways für alle in Funkreichweite befindlichen Nodes als Zugangspunkt, ganz gleich, welche Anwendung sie logisch gesehen realisieren.
Mehr noch, die Datenkommunikation wird zwischen dem Device und der Anwendung, die die Daten letztlich aufbereitet verschlüsselt. Somit kennt ein Gateway zwar die Metadaten eines Devices, nicht jedoch die Semantik der Informationen selbst.
Jeder kann nach einmaliger kostenloser Registrierung, ein Gateway betreiben. Somit entfällt eine Providerstruktur im herkömmlichen Sinne. Nachteilig muss sicherlich erwähnt werden, dass das ISM-Band keinen Nutzungsbeschränkungen unterliegt und so ein Quality of Service nicht garantiert werden kann, auch, weil viele Gateways kostenfrei und nicht kommerziell betrieben werden.
Gerade im gewerblichen Umfeld wird man auf ein eigenes LoRaWAN®-Gateway zurückgreifen, um diese Problematik zu entschärfen.
Generell eignet sich das Semtech LoRaWAN®-System zum Übertragen sehr kleiner Datenmengen sprich Sensor- und Steuerdaten. Das Netz ist darauf ausgelegt, eine möglichst sichere Übertragung über möglichst lange Distanzen auf Kosten der Nutzdatenbandbreite zu erzielen.
Erreicht wird dies zum Einen auf der Ebene der Funktechnik (Chirp Spread Spectrum), zum anderen aber auch durch das Netzprotokoll selbst, welches vergleichsweise harte Restriktionen bezüglich der Bandbreitennutzung definiert.

Nutzung im industriellen Umfeld

Es gibt zahllose Situationen, in denen eine Verkabelung von Geräten nicht in Betracht kommt und die Abdeckung eines großen Areals mit WLAN oder Mobilfunk wenig praktikabel ist. Beispiele hierfür sind:

  • Landwirtschaftliche Flächen
  • Große Industriegelände
  • Lokal operierende Fahrzeuge in Mobilfunklöchern
  • Gebäude
  • Binnengewässer

In solchen Bereichen lassen sich relativ günstig ein oder mehrere LoRa™-Gateways installieren und mit dem Internet verbinden. Für die Weiterverarbeitung der Daten kann dann auf eine bestehende Infrastruktur, z.b. von The Things Network zurückgegriffen werden. Enormer Vorteil einer solchen Lösung sind die geringen Kosten und die Möglichkeit, die Funkabdeckung und die Anzahl von Geräten nahezu beliebig zu skalieren.
Während Gateways allen Teilnehmern zur Verfügung stehen, sind die Nutzdaten nach aktuellem Stand der Technik vor unberechtigtem Zugriff geschützt, sofern die Implementierungen selbst keinen fehlerhaften Code bzw. unsichere Hardware enthalten.

Wie können wir Ihnen helfen?

Während es für Semtech LoRaWAN® Gateways beinahe fertig konfigurierte Lösungen am Markt gibt, erfordert die Entwicklung von Nodes (Endgeräten) ein individuelleres Vorgehen. Solche Nodes haben in aller Regel völlig andere Aufgaben als die Funkübertragung und so muss der Protokollstapel ebenso wie die Funkhardware in bestehende Gerätekonzepte integriert werden.

  • telos verfügt über weitreichende Erfahrung in Konzeption und Realisierung entsprechender Systeme
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