LoRaWAN: Einfach erklärt mit Anwendungen und Beispielen

Wofür steht LoRaWAN?

Das "Long Range Wide Area Network" – kurz LoRaWAN genannt – ist eine Funktechnologie, die in der Lage ist, Daten über eine große Entfernung und auch von abgelegenen und schwer zugänglichen Orten

• energieeffizient
• kostengünstig und
• sicher

zu übertragen. LoRa ist eine Art der Informations- und Datenübertragung, die zu den sogenannten LPWAN-Technologien ("Low Power WAN" oder "Low Power Wide Area Networks") gehört, da bei der Übertragung der Daten kein Breitband-Netzwerk notwendig ist. Die Schmalbandtechnologie in Kombination mit batteriebetriebenen, drahtlosen Sensoren überwindet auch große Distanzen (in ländlichen, unverbauten Gebieten können das bis zu 50 km sein) bei einem sehr geringen Energieverbrauch. Die Batterien der Sensoren sind aufgrund des geringen Verbrauchs extrem langlebig und halten viele Jahre.

In Deutschland kann LoRaWAN bundesweit genutzt werden, ohne dass Mobilfunkkosten anfallen. Mit einem Netzwerk an Sendern, Empfängern und Servern ermöglichen Long Range Wide Area Technologien die nahtlose Interaktion von verschiedenen Systemen und Techniken ohne aufwendige Installationen. Durch die geringe Datenbandbreite mit großer Reichweite und extrem niedrigem Stromverbrauch bietet sich LoRaWAN perfekt für die Vernetzung von Objekten zu einem Internet der Dinge (Internet of Things - IoT) an.

Wie funktioniert der "Langstreckenfunk" LoRaWAN?

1. Verschiedene Sensoren und Sender, beispielsweise in öffentlichen Gebäuden oder auf Parkplätzen, ermitteln Daten und senden diese verschlüsselt zum sogenannten LoRaWAN-Gateway.

2. LoRaWAN-Gateway (Empfänger): Die Aufgabe des Gateways ist es die Daten aufzunehmen und weiterzuleite. Die Durchleitung zur gewünschten Anwendungsschnittstelle (API) erfolgt über eine sichere LoRaWAN-Protokoll-Verbindung, die die Daten weiter an den Server sendet.

3. LoRaWAN-Netzwerkserver: Dieser nimmt die Daten an der API auf und ermöglicht die Darstellung der Daten für Analysen sowie zur Prozessoptimierung. Außerdem verfügt er über Schnittstellen für Internet-of-Things-Geräte, Applikationen und sonstige Endgeräte.

Da die Datenübertragung auf dem gesamten Weg vom Sender zum Netzwerkserver verschlüsselt erfolgt, ist die Technologie äußerst sicher. Der geringe Wartungsaufwand der Sensoren mit einer Batterielebensdauer von vielen Jahren erweist sich zudem als zeit- und kostensparend. Selbst Sensoren in Kellerräumen oder hinter dicken Betonwänden stellen für die Funktechnologie LoRaWAN zumeist keine Hindernisse dar.

Das energieeffiziente Senden von Daten über lange Strecken wurde gezielt für die Anforderungen des "Internet der Dinge" (IoT) entwickelt, der intelligenten Vernetzung von Gegenständen, Anlagen und Maschinen. Eine Entwicklung, die in naher Zukunft bei der Konzeption moderner Städte und Kommunen nicht mehr wegzudenken sein wird.

Ökonomisch und ökologisch effizient vernetzt dank LoRaWAN

Die Funktechnologie LoRa ist maßgeblich an der Entwicklung sogenannter "Smart Cities" beteiligt. Man kann sogar sagen, dass die LoRaWAN-Technologie für das Modernisierungskonzept intelligenter Städte vielfach besser geeignet ist als moderner Mobilfunkstandard.

In diesem Sinne findet LoRaWAN auch abseits der Erhebung von Energie- und Wasserverbräuchen, wo die Technologie bereits seit Längerem zum Einsatz kommt, immer mehr Anwendungsmöglichkeiten, um eine nachhaltige und prozessoptimierte Infrastruktur in unseren Städten und Kommunen aufzubauen. Ob Gebäudesicherheit, CO₂-Messungen oder die automatische Regulierung von Straßenbeleuchtungen und mehr: Aktuelle Studien belegen, dass sowohl die Anzahl von LoRA-Anwendungen als auch die Anzahl von Unternehmen, die intelligente LoRa-Technologien nutzen, stetig steigt.

LoRaWAN Anwendungsmöglichkeiten

LoRaWAN Technologien und IoT Anwendungen lassen sich in "Smart Cities" vielseitig wiederfinden. Neben Bereichen in der Energie- und Wasserwirtschaft werden sie überall dort eingesetzt, wo keine großen Datenmengen übermittelt oder Echtzeitanalysen benötigt werden, da die Datenübertragungsrate im LoRaWAN auf 50 Kilobit pro Sekunde begrenzt ist. Für die meisten Smart-City-Anwendungen sind weder Videostreams noch Echtzeitdatentransfers notwendig, weshalb LoRaWAN-Netzwerke die perfekte, energiesparende Alternative zu reichweitenschwachen WLAN- und kostenintensiven Mobilfunk-Technologien darstellt.

Neben der Anhebung von wirtschaftlichen und ökologischen Standards, ist die Erhöhung der Lebensqualität das vorrangige Hauptanliegen intelligenter Städte. Die folgenden fünf Beispiele zeigen typische Bereiche innerhalb der Infrastruktur von Kommunen und Städten, die durch intelligente IoT-Netzwerke und IoT-Lösungen verbessert werden können.

5 Beispiele, bei denen LoRaWAN Anwendung findet

1. Regulierung des Straßenverkehrs

Smarte Verkehrs- und Ampelregelungen sollen helfen, Ampelphasen effizienter zu koordinieren und Verkehrsstaus zu verringern. Eine Kommunikation zwischen Ampelsignalen und Sensoren in den Kraftfahrzeugen soll es in Zukunft allen Verkehrsteilnehmern ermöglichen, sicher und ohne große Zeitverluste im Straßenverkehr voranzukommen.

2. Smartes Parken und Parkplatzüberwachung

Einer Studie des Verbands der Automobilindustrie (VDA) zufolge, verbringen Deutschlands Autofahrer pro Jahr 560 Millionen Stunden mit der Suche eines Parkplatzes. Somit macht der "Parkplatzverkehr" 20 bis 30 % des Gesamtverkehrs aus. Neben dem Verlust von Zeit und Nerven, verursacht die langwierige Parkplatzsuche auch hohe Treibstoffkosten und umweltschädliche Abgasemissionen. Sensoren können diesbezüglich Abhilfe schaffen. Sie erkennen freie Parkplätze und leiten mithilfe von Lichtzeichenanlagen Autofahrer umgehend zum nächsten freien Parkplatz.

3. Straßenbeleuchtung

Sensoren in Straßenleuchten können helfen, Kommunen und Städte flächendeckend zu beleuchten und Ausfälle rechtzeitig zu erkennen. Mithilfe der Sensoren können Leuchten automatisch heller eingestellt oder gedimmt werden und zusätzlich Daten über den Energieverbrauch übermitteln. Dadurch können Geräteausfälle vorhergesehen und rechtzeitig behoben werden.

4. Abfallmanagement

Durch Anbringung von Sensoren in Abfallbehältern können diese, anstatt wie bisher in regelmäßigen Intervallen, nur noch dann entleert werden, wenn es auch wirklich notwendig ist. Smarte Abfallmanagementsysteme sind in der Lage Müllpegel in Containern zu erkennen. So können Müllabfuhren ihre Abfallsammelrouten optimieren, das Sauberkeitslevel steigern und Treibstoffkosten sowie Abgasemissionen für die Müllentleerung senken.

5. Monitoring der Luftqualität

Neben den Bereichen Mobilität und Energieeffizienz ist die Luftqualität eine der größten Herausforderungen, die es im urbanen Raum zu verbessern gilt. Intelligente Luftverschmutzungsüberwachungssensoren können durch CO2-Messungen und Auswertung von Schadstoffemissionen dazu beitragen, die Luft- und somit unsere Lebensqualität zu verbessern.

Wie vielfältig LoRaWAN in Kommunen eingesetzt werden kann, zeigt das Video:

Ob innovative Unternehmen, Stadtwerke oder lokale Energieversorger: Immer arbeiten Experten und Entscheidungsträger gemeinsam daran, digitale IoT Lösungen zu verwirklichen und als reibungslose und umweltschonende Prozesse in das Alltagsleben von Städten und Kommunen zu integrieren.

Long Range Wide Area Network für Kommunen

Anhand unzähliger, miteinander vernetzter Geräte und Systeme können Daten gesammelt und analysiert werden, um eine moderne, leistungsfähige und nachhaltige Infrastruktur aufzubauen.

Der große Vorteil der LoRa-Technik liegt in ihrer Flexibilität begründet. LoRaWAN-Netzwerke lassen sich sowohl im Außen- als auch Innen-Bereich ohne komplizierte Implementierung anbringen. Ein weiterer Vorteil von LoRaWAN ist die Nutzung freier Frequenzbänder, für die keine Lizenzgebühren und Mobilfunkkosten anfallen. LoRa-Spezifikationen sind frei verfügbar und werden von der LoRa-Allianz erstellt.

Im Gegensatz zu Übertragungstechnologien wie WLAN oder Bluetooth, die eine zu geringe Reichweite aufweisen, um Sensoren und Geräte zu vernetzen, ermöglichen LoRa-Netzwerke eine bidirektionale Kommunikation. Hier ist eine Datenübertragung in beiden Richtungen von Punkt zu Punkt möglich. Sender und Empfänger können gleichzeitig beide Rollen innehaben oder ihre jeweilige Rolle wechseln. Dank bidirektionaler Kommunikation und der Over-the-Air (OTA) Update-Funktion kann ein LoRa-Netzwerk mit einem einfachen Push-Update von öffentlich auf privat und umgekehrt geändert werden.

Die Ziele der Smart-City-Technologien in Kombination mit LoRaWAN:

• Ressourcen von Kommunen effizient nutzen
• Lebensqualität der Bewohner verbessern
• Verwaltungs- und Betriebskosten senken
• Wartezeiten verkürzen
• Nachhaltige Dienstleistungen anbieten
• Technische und wirtschaftliche Vorteile für Kommunen erzielen

Die digitalen IoT-Technologien werden laufend ausgeweitet, sodass die Idee der "Smart City" mehr und mehr Gestalt annimmt.

LoRaWAN-Netzwerke bilden zukünftig bei der erfolgreichen Umsetzung intelligenter städtebaulicher Maßnahmen einen wichtigen Bestandteil. Der Aufbau eines flexiblen und sicheren IoT-Netzwerks mit großer Reichweite kann in Zukunft zahlreiche Infrastrukturinvestitionen überflüssig machen. Neben der Senkung von Wartungskosten und gleichzeitiger Steigerung der Produktivität und Prozessoptimierung, bedeutet dies vor allem eine ökologische und ökonomische Verbesserung der Lebensqualität in unseren Kommunen von morgen.