In einem Satz könnte man LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) wohl am besten beschreiben mit: Energiesparsame Methode zur Datenübertragung von IoT-Geräten über sehr weite Strecken mit sehr geringen laufenden Kosten.

Der Use-Case

Ein typischer Use-Case von LoRa ist: Sie haben Agrarflächen, die sich über mehrere Kilometer erstrecken und auch nicht alle beieinander liegen sondern einige Flächen ein paar Kilometer entfernt sind. Aber Sie möchten diese Flächen mit Sensoren überwachen um Aussagen über den Feuchtigkeitsgehalt oder die Nährstoffe im Boden machen zu können. Eine Möglichkeit wäre, dass Sie Sensoren mit GSM-Modulen aufstellen, die entsprechend Daten übertragen. Dies hätte allerdings zum Nachteil, dass Sie für jedes GSM-Modul eine SIM-Karte benötigen, was laufende Kosten verursacht (klar, es gäbe die möglichkeit von BLE-Bündelung, aber selbst dann bräuchte man alle 100m ein GSM-Modul). Die Alternative dazu ist LoRa, mit einem LoRa-Transmitter lassen sich Daten über mehrere Kilometer problemlos über eine Funkfrequenz(im UHF Bereich) übertragen, ohne, dass hierfür zusätzliche Kosten entstehen. Es gibt jedoch unzählige weitere Anwendungsfälle in den Bereichen: Smart Cities, Smart Buildings, Manufacturing, Supply Chain & Logistic, uvm.

Die Technologie

Grundlegend besteht LoRa aus einem Sender/Transmitter (genannt Node) und einem Empfänger (genannt Gateway), idR. sind die meisten LoRa-Chips in the Lage sowohl zu senden als auch zu Empfangen. Dadurch, dass die Technologie extrem wenig Energie benötigt, lassen sich manche Nodes bis zu 3 Jahre lang mit einer Batterieladung betreiben.

LoRa Node

Nodes sind die Komponenten, welche Daten letztendlich messen und übermitteln. Zum Beispiel also ein Temperatur-Sensor. Diese Geräte sind in der Lage mit einer vergleichsweise kleinen Antenne ihre Signale über mehrere Kilometer zu senden. Die kleine Kupfer-Antenne neben dem Blauen Modul (ca. 1.5cm lang) überbrückt (bei SF7, also ~60% Leistung) in Ländlichen Regionen/Vororten problemlos 3km von innerhalb eines Gebäudes. Ein solches Modul kostet im Einzelstückpreis ca. 3-5€ Die größte gemessene Entfernung für eine Datenübertragung lag bei etwas über 700km. (Natürlich mit größerer Antenne und etwas mehr Leistung) https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1W_sgQVXXXXcIXVXXq6xXFXXXO/RFM95-RFM95W-868-915-RFM95-868MHz-RFM95-915MHz-LORA-SX1276-wireless-transceiver-module-Best-quality-IN.jpg https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1x.tdPXXXXXXHXpXXq6xXFXXX0/2pcs-lot-868MHz-915MHz-100mW-sx1276-chip-long-range-4Km-RF-Wireless-LoRa-Module-LoRa1276.jpg_640x640.jpg https://ae01.alicdn.com/kf/HTB1V1y0n3mTBuNjy1Xbq6yMrVXaq/SX1276-ESP32-LoRa-868MHz-915MHz-0-96-Inch-Blue-OLED-Display-Bluetooth-WIFI-Kit-32-Development.jpg

LoRa Gateway

Ein Gateway ist der Empfänger, der die Daten anschließend in die Cloud weiterleitet, wo diese dann (selbstverständlich verschlüsselt) von den berechtigten Parteien ausgelesen werden können. Die Daten hierfür werden idR. bereits auf dem LoRa-Node verschlüsselt, d.h. selbst wenn jemand Ihr LoRa-Signal empfängt, weiß er im Zweifel nicht viel damit anzufangen. https://www.thethingsnetwork.org/docs/gateways/gateway/image.png

Was ist WAN

Unter WAN (Wide Area Network) versteht man den Verbund vieler Gateways, die im selben Netzwerk agieren. Eines der bekanntesten ist The Things Network(TTN), bei dem jeder mitmachen kann. Ziel ist es, eine Flächendeckende abdeckung an Gateways zu haben, dass jeder in der Lage ist eigene LoRa Nodes aufzustellen, ohne sich Gedanken um die Datenübertragung machen zu müssen. Auf https://www.thethingsnetwork.org/map gibt es eine Weltkarte aller registrierter TTN-Gateways. Durch die hohe Reichweite lässt sich mit einer handvoll Gateways eine ganze Stadt flächendeckend Verbinden (es bleibt jedoch zu beachten, dass nicht unendlich viele Nodes auf einen Gateway connecten können).

Nachteile

Die Übertragungsrate bei LoRa ist extrem gering, ein Signal (abhängig der Signalstärke) kann zwischen 50-200Bytes an Informationen umfassen, was gerade einmal für ein paar Sensorwerte reicht. Katzenvideos lassen sich hiermit also leider nicht streamen. Ein weiterer Nachteil sind die verschiedenen Frequenzbänder in verschiedenen Ländern, d.h. dass es keine Weltweit einheitliche Hardware gibt, sondern diese immer an den nationalen Standard angepasst werden muss. (Dies ist jedoch bei einigen anderen Datenübertragungs-Technologien auch der Fall)

Vorteile

  • geringer Energieverbrauch
  • hohe Reichweite
  • geringe laufende Kosten

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