Vernetzung

Mit LoRaWAN Technologiehürden überwinden

28.09.2019 | Autor / Redakteur: Jürgen Schreier / Jürgen Schreier

Oft stößt die Vernetzung von Endgeräten mit dem Internet an kommerzielle und physikalische Grenzen. Klassischer Mobilfunk ist teuer. WLAN besitzt nur eine relativ geringe Reichweite. Zudem wird neben Infrastruktur-Hardware ein Internetanschluss benötigt. Eine Alternative kann LoRaWAN sein. Der Artikel bietet eine Entscheidungshilfe.

Für die Personzählung genügen einfache Geräte mit geringer Bandbreite.
( Bild: tarent solutions )

Seit Jahren werden mehr und mehr Dinge vernetzt um Prozesse zu digitalisieren und zu automatisieren. Häufig stößt die Vernetzung an die kommerziellen und physikalischen Grenzen, wenn es um die Konnektivität, also den Anschluss an das Internet geht.

Gewöhnlicher Mobilfunk ist recht teuer und WLAN deckt nur eine relativ geringe Reichweite ab. Zudem wird eine Infrastruktur-Hardware (Router, Repeater) und ein vorhandener Internetanschluss benötigt. Auch die Administration des WLAN-Netzes steht einer schnellen Vernetzung oft im Weg.

Wichtiger Schritt für die Smart City der Zukunft

Obwohl der deutsche Begriff “Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk” sperrig ist, schaffen Low-Power Wide-Area Techniken (LPWA) Abhilfe. Die großen Vertreter sind NB-IoT, Sigfox und LoRaWAN. NB-IoT ist Teil der LTE Spezifikation und daher Teil der Mobilfunknetze. Während die Verfügbarkeit stetig steigt, verlangen die Mobilfunkanbieter relativ hohe Preise und müssen ihre vergleichsweise hohen Investitionen finanzieren.

LoRaWAN bietet als weiterer Vertreter der LPWA-Technologien eine hohe Energieeffizienz, große Reichweite und hohe Sicherheitsstandards für den Transport von IoT-Daten. LoRa galt bisher eher als Individuallösung, da es für selbstbetriebene Netze z.B. an Bahnhöfen genutzt werden kann.

Die Kommunikationsanbieter in Deutschland beginnen aktuell damit ein LoRa-Netzwerk aufzubauen, in den ersten Städten ist das Netz bereits verfügbar. Dadurch werden in den Städten LoRa-basierte IoT-Anwendungen ohne eigene Infrastruktur möglich. Für Smart-City-Anwendungen ist das Angebot besonders geeignet. Der Kommunikationsanbieter bzw. Netzbetreiber übernimmt dabei den Betrieb und die Wartung der Infrastruktur sowie die Bereitstellung eines Kommunikationsknotens.

LoRa-Infrastruktur vom Anbieter – Realisierung vom Partner

Zur Realisierung von IoT Projekten arbeiten die großen Kommunikationsanbieter mit Partnern zusammen, um von gegenseitiger Expertise zu profitieren. Ein solcher Partner ist die Firma tarent solutions. Als Full-Stack Integrator nutzt das Unternehmen Open-Source-Technologien und ist von der Offenheit der LoRa-Technologie überzeugt. Von der Konzeption des Projektes über die Auswahl der Geräte bis zur Umsetzung des Use Cases funktioniert eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen dem Telekommunikationsanbieter, dem IT-Integrator als Partner und dem Kunden.

So wurde bereits ein Smart Building Projekt realisiert, bei dem unterschiedliche IoT Geräte (Heizkostenverteiler, Warm- und Kaltwasserzähler und Rauchmelder) vernetzt wurden, um die Abrechnung und Wartung von Mietimmobilien über eine zentrale Web-Plattform zu ermöglichen.

Durch die einfache Nutzung von LoRaWAN können vielfältige Daten über Sensoren erhoben und zentral visualisiert werden bzw. durch Regeln können Aktionen wie Benachrichtigungen, Serviceaufträge oder Abrechnungen ausgelöst werden. So schafft eine höhere Abfrage von Energie- und Wasserverbräuchen beispielsweise Transparenz und ermöglicht eine sinnvolle Umsetzung von Sparmaßnahmen. Der Clou dabei ist, dass die Spareffekte überprüft werden können.

Durch die Digitalisierung können positive Effekte durch einfache Umsetzungen erzielt und über fertige Lösungsbausteine können Anwendungen realisiert werden - und das alles deutlich schneller als bisher. So kann ein einfacher Button zur Bedarfsanforderung beispielsweise für das Kopierpapier am Drucker oder einen Taxiruf bei Hotels genutzt werden. Auch die Information über die Anzahl der Personen, die an einem Geschäft oder an einer Behörde vorbeigehen, kann wichtige Erkenntnisse bringen. Diese Besucherzahl (engl. PAX Count) kann über Bluetooth/WLAN Zähler näherungsweise bestimmt werden. So wird schnell und datenschutzkonform klar, wann ein hohes Aufkommen von Menschen entsteht.

Für skalierende und sichere Lösungen ist meist mehr zu beachten. Sollen größere Mengen an Geräten in der Verwaltung noch kosteneffizient sein, ist eine gute Devicemanagement-Lösung unabdingbar. Sichere und zuverlässige Anwendungen umzusetzen und Software- bzw. Firmware-Updates zu verwalten, ist für die Akzeptanz unerlässlich. Damit sich dies alles noch in einem wirtschaftlich sinnvollen Rahmen abspielt, sind professionelle Lösungen meist sinnvoller als eine Eigenentwicklung.

Entscheidungshilfe: Ist LoRaWAN für mich die richtige Technologie?

1. Möchte ich stationäre oder stadtweit bewegliche Objekte vernetzen? Aufgrund der lokal begrenzten Verfügbarkeit eignet sich das LoRa-Netz für stationäre Geräte. Es können auch bewegliche Objekte vernetzt werden, die dann aber auf das Abdeckungsgebiet begrenzt sind. Da LoRaWAN-Reichweiten von drei bis fünf Kilometer in Stadtgebieten und bis zu 15 Kilometer in ländlichen Gebieten erreichen kann, sind Smart City-Anwendungen wie Smart Parking oder Intelligent Waste Management ideal umsetzbar.

2. Reicht die geringe Datenaktualität für meine Zwecke? Das LoRa-Netz hat eine geringe Übertragungsgeschwindigkeit. Es können 0,3 bis 50 kBit/s übertragen werden und es lassen sich Werte in Fünf-Minuten-Intervallen abfragen. Für eine Echtzeit-Maschinenüberwachung ist das jedoch zu wenig. Eine Füllstandsüberwachung von Altpapiercontainern oder das Ablesen von Heizkostenzählern sind mit der Bandbreite dagegen gut umsetzbar.

3. Sind mir eine schnelle Übertragung und eine kurze Antwortzeit wichtig? Möchte man den Zustand von Geräten oder die Werte von Sensoren abfragen, sendet das System ein Kommando an das Gerät. Die Übertragung dessen dauert bei LoRaWAN relativ lange, weshalb Nutzer auch keine Antwort innerhalb von Sekunden erwarten können. Sollte das Gerät gerade schlafen, kann die Antwort auch bis zum nächsten Aufwachzyklus dauern, also z.B. auch bis zum nächsten Tag.

4. Lege ich Wert auf lange Batterielaufzeiten und einen niedrigen Energieverbrauch? Wie alle LPWA-Technologien ist LoRa energiesparsam. Je nachdem wie viele Daten übertragen werden müssen, können Batterielaufzeiten von mehreren Jahren realisiert werden, ggf. sogar ohne dass während des Einsatzes die Batterie gewechselt werden muss. Damit überschreitet die Batterielaufzeit zum Teil die Lebens- oder Einsatzdauer der Geräte. Eine ideale Situation für die Nutzung in schlecht zugänglichen Positionen wie Straßenlaternen.

5. Akzeptiere ich eine hohe, aber keine absolute Sicherheit? Die LoRa-Technologie ist quelloffen und daher von Sicherheitsforschern eine intensiv untersuchte Technologie. Wie alle anderen Systeme ist auch LoRa nicht vollkommen sicher. So gibt es Angriffsszenarien wie Battery Draining, die Reduzierung der Batterielaufzeit durch gezieltes Aufwecken des Devices. LoRa hat jedoch eine Vielzahl von Sicherheitsmechanismen implementiert und kann als ausgereifte Technologie für die Anwendung angesehen werden.

LoRaWAN als Mittel zum Zweck in der Digitalisierung

Mit der steigenden Verfügbarkeit von LoRaWAN gibt es eine weitere Möglichkeit Digitalisierungsvorhaben umzusetzen. Damit gibt es auch einen Grund weniger zu zögern. Deutschland hat keine schlechte Position für die Herausforderungen der Zukunft. Jedoch verschlechtert das zaghafte Verhalten in Sachen Digitalisierung die Position zusehends. Durch geeignete Technologien und Methoden lassen sich schnell Ergebnisse erzielen und das Risiko minimieren. Seien Suie also mutig, finden Sie gute Partner und zögern sie nicht länger.

Patrick Steinert ist Head of Emerging Technologies bei der tarent solutions GmbH, einer Technologieagentur mit Sitz in Bonn, Köln, Berlin und Bukarest. Für tarent berät er Unternehmen bei der Nutzung von Technologien und der Entwicklung von Produkten in den Bereichen IoT und KI. Seine Expertise gibt Patrick Steinert als Gastdozent an der IUBH Internationale Hochschule an Studierende weiter.
( Bild: tarent solutions )

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