LoRaWAN Technologie Erklärt

IoT-Konnektivität vereinfachen.

LoRaWAN^® bietet beeindruckende Reichweitenfähigkeiten von bis zu 100 km in offenen Gebieten mit direkter Sichtlinie. In städtischen Umgebungen, wo Gebäude das Signal blockieren können, reduziert sich die effektive Reichweite, ist aber dennoch deutlich höher als bei WiFi und Bluetooth. Diese grosse Reichweite wird durch die LoRa^®-Modulationstechnologie erreicht, die das Signal über Zeit und Frequenz streut und es ermöglicht, selbst bei Rauschen wiederhergestellt zu werden. Die Robustheit der Technologie unterstützt die Kommunikation über grosse Entfernungen bei minimalem Energieverbrauch, was sie für eine Vielzahl von IoT-Anwendungen geeignet macht. Darüber hinaus kann die Reichweite von LoRaWAN mit Satellitengateways weiter erhöht werden, um globale Abdeckung und Konnektivität selbst in abgelegenen oder unterversorgten Regionen zu gewährleisten.

Diagramm eines Geräts, das über ein Gateway mit dem Anwendungsserver verbunden ist

Reichweite von LoRaWAN

LoRaWAN bietet beeindruckende Reichweitenfähigkeiten und erstreckt sich in offenen Gebieten mit klarer Sichtlinie bis zu 100 km. In städtischen Umgebungen, in denen Gebäude das Signal behindern können, ist die effektive Reichweite zwar reduziert, übertrifft jedoch immer noch signifikant die Reichweiten von WiFi und Bluetooth. Diese grosse Reichweite wird durch die LoRa-Modulationstechnologie erreicht, die das Signal über Zeit und Frequenz verteilt, sodass es auch bei niedrigem Signalpegel rekonstruiert werden kann. Die Robustheit der Technologie unterstützt die Kommunikation über lange Distanzen bei minimalem Energieverbrauch, was sie für eine Vielzahl von IoT-Anwendungen geeignet macht. Darüber hinaus kann die Reichweite von LoRaWAN durch Satelliten-Gateways weiter ausgedehnt werden, um globale Abdeckung und Konnektivität selbst in abgelegenen oder unterversorgten Regionen zu gewährleisten.

Venn-Diagramm zum Vergleich von Lora mit Mobilfunk und Wi-Fi

Vorteile der LoRaWAN-Technologie

LoRaWAN ist ein führendes drahtloses Kommunikationsprotokoll für IoT-Anwendungen, das langreichweitige Konnektivität, niedrigen Energieverbrauch und Kosteneffizienz bietet. Diese Eigenschaften machen LoRaWAN ideal für verschiedene Einsatzbereiche, von Smart Cities bis hin zur industriellen Überwachung.

Reichweite und Durchdringung

LoRaWAN kann Daten bis zu 10-15 Kilometer in ländlichen Gebieten und 1-5 Kilometer in städtischen Umgebungen übertragen. Es arbeitet in Frequenzbändern unter 1 GHz, was ihm ermöglicht, physische Hindernisse wie Gebäude und Bäume zu durchdringen.

Niedriger Energieverbrauch

LoRaWAN-Geräte sind für einen niedrigen Energieverbrauch ausgelegt und ermöglichen Jahre der Nutzung mit kleinen Batterien. Dies ist ideal für langfristige, wartungsfreie IoT-Anwendungen wie Umweltüberwachung und intelligente Landwirtschaft.

Kosten-Effizienz

Die Infrastruktur- und Betriebskosten von LoRaWAN sind relativ niedrig, was es zu einer wirtschaftlichen Option für grossflächige IoT-Implementierungen macht und dabei Leistung und Kosten im Gleichgewicht hält.

LoRaWAN – Use Case

LoRaWAN GPS Tracker.

Um die Geheimnisse der Vogelmigration zu entschlüsseln, befestigen Forscher an einer englischen Universität extrem leichte LoRaWAN^® GPS-Tracker mit Sensoren und Beschleunigungsmessern an diesen Zugvögeln. Aufgrund der Herausforderung, dass die Tracker das Fliegen der Vögel nicht beeinträchtigen dürfen, sind die Geräte besonders leicht konstruiert. Mit fest installierten Aussengateways in ihren Lebensräumen und mobilen Gateways auf Forschungsfahrzeugen übertragen die Tracker wichtige Standort- und Verhaltensdaten, sobald sie in Reichweite sind. Diese Technologie liefert nicht nur entscheidende Einblicke in ihre Bewegungen, sondern hilft auch, diese erstaunlichen Kreaturen zu schützen und zu bewahren, indem sie ein besseres Verständnis ihrer Muster ermöglicht.

FAQ – LoRaWAN

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Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN ist ein Low Power Wide Area Network (LPWAN), das aufgrund seines geringen Energieverbrauchs häufig in Internet of Things (IoT)-Anwendungen eingesetzt wird. Die LoRaWAN-Reichweite von bis zu 100 km im Freifeld basiert auf der LoRa®-Modulation.

LoRaWAN-Anwendungen verbinden typischerweise eine grosse Anzahl von Sensoren über Gateways in einer Sterntopologie und einen LoRa Network Server (LNS) zu einer Kundenanwendung zusammen.

Wie funktioniert LoRaWAN?

Das LoRaWAN-Protokoll legt den Zeitpunkt fest, wann Geräte Daten übertragen können und wann sie auf eingehende Nachrichten warten müssen, sowie die Häufigkeit und Dauer der Datenübertragungen. Durch die Nutzung der LoRa-Modulation erreicht LoRaWAN grosse Übertragungsreichweiten bei minimalem Stromverbrauch. Die Modulation nutzt Redundanz und zeitliche Spreizung, so dass das Signal auch dann rekonstruiert werden kann, wenn es unter den Rauschpegel fällt oder kurzzeitig durch Störungen unterbrochen wird. Dieser robuste Ansatz gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation in schwierigen Umgebungen.

Was kostet LoRaWAN?

LoRaWAN ist ein kostenloses Protokoll, das von jedem implementiert werden kann, ohne dass Funklizenzen oder laufende monatliche Gebühren erforderlich sind.
Natürlich müssen Sie Ihre eigenen Endgeräte und Infrastrukturen kaufen oder bauen. Hier ist eine einfache Liste für Ihre LoRaWAN-Anwendung:

LoRaWAN-Sensoren: Diese Sensoren werden in der Regel in grossen Stückzahlen produziert, sind kostenoptimiert und als konfigurierbare Fertigprodukte erhältlich oder können kundenspezifisch entwickelt werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.
LoRaWAN-Gateways: Standard-Gateways für den Innen- oder Aussenbereich können zu einem günstigen Preis erworben werden.
Konnektivität: Die Gateways benötigen eine Internetverbindung, die entweder über ein lokales Netzwerk oder eine interne Mobilfunkkarte hergestellt werden kann. Beachten Sie, dass wiederkehrende Kosten für einen Datentarif anfallen.
LoRa-Netzwerk-Server: Sie können entweder Ihren eigenen Netzwerkserver mit Open-Source-Software wie Chirpstack betreiben oder den Dienst von Anbietern wie Loriot oder TTI mieten. Ausserdem gibt es kostenlose Netzwerkserver wie The Things Network (TTN).

In einigen Ländern oder Gebieten können Sie öffentliche LoRaWAN-Infrastrukturen nutzen, wie zum Beispiel die kostenpflichtigen Dienste von Swisscom in der Schweiz. Darüber hinaus gibt es kostenlose Netzwerke wie The Things Network (TTN), die einen offenen Zugang zu LoRaWAN-Konnektivität bieten.

Wie sicher ist LoRaWAN?

LoRaWAN verwendet eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Jede Nutzlast wird mit AES-CTR verschlüsselt und trägt einen Rahmenzähler (zur Vermeidung von Paketwiederholungen) und einen mit AES-CMAC berechneten Message Integrity Code (MIC) (zur Vermeidung von Paketmanipulationen). Die Anwendungs- und Sitzungsschlüssel werden auf dem Gerät und dem Anwendungsserver gespeichert. Sie können sogar auf einem sicheren Element gespeichert werden, das über einen sicheren Bootloader programmiert wird.

Warum sollte ich LoRaWAN einsetzen?

Verwenden Sie LoRaWAN für Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch, grosser Reichweite und geringem Durchsatz. Normalerweise überträgt ein LoRaWAN-Sensor einmal täglich oder stündlich Daten. Für Entwickler ist der Einstieg in LoRaWAN dank der Verfügbarkeit von Open-Source-Stacks und Entwicklungsboards einfach.

Ist LoRaWAN kostenfrei?

Die Nutzung von LoRaWAN ist kostenlos, es sind keine monatlichen Gebühren oder zusätzliche Funklizenzen erforderlich. Es arbeitet auf offenen Frequenzbändern mit geregelten Leistungspegeln, die je nach Region variieren (z. B. EU868, US915, AU915), wie in den Spezifikationen des Funkprofils angegeben. Zusätzlich steht ein globales 2,4-GHz-Band zur Verfügung, allerdings mit einer geringeren Reichweite. Sie können eigene LoRaWAN-Gateways installieren oder Dienste von Netzanbietern wie Swisscom nutzen, die eine umfassende Abdeckung in der Schweiz bieten.

Wie groß ist die Reichweite von LoRaWAN?

Die Reichweite von LoRaWAN kann bis zu 100 km betragen, wenn eine klare Sichtverbindung besteht. In städtischen Umgebungen mit Gebäuden verringert sich die Reichweite, bleibt aber deutlich grösser als bei WiFi oder Bluetooth. Diese erweiterte Reichweite ermöglicht den Einsatz von Satelliten als LoRaWAN-Gateways, ein Konzept, das als „LoRa from space“ bekannt ist.

Wer steckt hinter LoRaWAN?

LoRaWAN wird von der Semtech Corporation entwickelt und gepflegt, die eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Technologie spielt. Das Protokoll selbst wird von der LoRa Alliance verwaltet, einer globalen Vereinigung von Unternehmen und Organisationen, die sich der Förderung und Weiterentwicklung des LoRaWAN-Standards für IoT-Konnektivität verschrieben hat. Die Allianz fördert die Zusammenarbeit zwischen ihren Mitgliedern, um Interoperabilität zu gewährleisten und das Wachstum des LoRaWAN-Ökosystems zu unterstützen.

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