LoRa-Netzwerke wurden entwickelt, um IoT-Sensoren untereinander und mit dem Internet zu verbinden. Dabei handelt es sich um eine Technologie, die speziell für Geräte entwickelt wurde, die nicht ständig miteinander oder mit dem Internet verbunden sein müssen, sondern nur gelegentlich ein Datenpaket austauschen müssen. LoRa bedeutet Long Range Low Power. Der Name macht sofort klar, wo die Stärken liegen. Diese Netzwerke haben eine große Reichweite und benötigen kaum Energie zur Informationsübertragung. Eigentlich ist es die perfekte Lösung für das IoT.
Geringer Stromverbrauch, große Reichweite
Mit einer Reichweite von 2,5 bis 15 Kilometern pro Mast ist die Reichweite von LoRa beeindruckend. Dies macht es einfach, in einer Großstadt eine vollständige Abdeckung zu erhalten. Gleichzeitig ist der Energieverbrauch eines Gerätes äußerst gering. Es ist keine Ausnahme, dass zwei Batterien ausreichen, um ein Gerät für mehr als 10 Jahre ans Netz zu bringen. Für IoT-Anwendungen sind die geringe Bandbreite und die begrenzte Paketgröße kein Einwand. Die Geschwindigkeit beträgt maximal 50 Kbit/s. Der Versand darf höchstens 1 % der Zeit erfolgen. Solange diese Übertragungszeit nicht überschritten wird, ist die Anzahl der Nachrichten unbegrenzt.
Vorteile von LoRa
Im Vergleich zu anderen Netzwerktechnologien bietet LoRa viele Vorteile. Erstens ist es sehr einfach und für grundlegende Befehle wie Ein/Aus, Frei/Besetzt, Öffnen/Schließen, Voll/Leeren und dergleichen gedacht. Ein zweiter Vorteil ist der bereits erwähnte geringe Energieverbrauch. Doch das wichtigste Argument für den Einsatz von LoRa in IoT-Geräten ist der niedrige Preis. Da die Kosten, ein Gerät LoRa-tauglich zu machen, so gering sind, steht die Technologie auch für kleinere Projekte zur Verfügung. Was es kostenmäßig besonders attraktiv macht, ist der kostenlose Zugang zum Netzwerk. Es ist anbieterunabhängig und benötigt daher keine SIM-Karte.
Anwendungen
LoRa eignet sich ideal für Situationen, in denen IoT-Geräte gelegentlich Informationen senden und empfangen. Dies ist der Fall bei der Überwachung und Sicherung von Gegenständen in Industriegebieten und bei der Wiederbeschaffung gestohlener Waren. LoRa hat auch eine starke Position darin, einfache Aktionen aus der Ferne ausführen zu lassen. Dazu gehört das Öffnen eines Garten- oder Garagentors, das Einschalten der Heizung oder das Befüllen des Futternapfes Ihres Hundes aus der Ferne. Auch in industriellen Bereichen gibt es unzählige Anwendungen, beispielsweise zur Fernbewässerung von Pflanzen in Gewächshäusern.
Intelligente Städte
Auch LoRa wird explizit mit der Entwicklung der „Smart City“ in Verbindung gebracht. Die Idee hinter diesen Smart Cities ist, dass die Vernetzung verschiedenster autonomer Geräte einen enormen Mehrwert bieten kann. LoRa eignet sich hervorragend für die Anbindung von Staumeldern, Ampeln, Parkuhren, Standortüberwachung von Krankenwagen, Feuerwehr und Polizei, Luftqualitätsüberwachung, Straßenbeleuchtung usw. Die Analyse der Daten dieser Geräte wird zweifellos zu Effizienzsteigerungen führen. Dadurch wird die Stadt letztendlich zu einem angenehmeren und gesünderen Lebensumfeld.
LoRa in den Niederlanden
Die Niederlande sind führend bei der Schaffung und Anwendung von LoRa-Netzwerken. Das Potenzial eines solchen Netzwerks für Geräte wird in unserem Land erkannt. In Amsterdam wurde 2015 in kurzer Zeit ein Netzwerk in der Stadt ausgerollt. Mit nur zehn Sendemasten könnte ein flächendeckendes Netz geschaffen werden, das von allen Bürgern der Stadt genutzt werden kann. Es gibt Initiativen, dieses Konzept auf andere Städte auszuweiten. Als großer Anbieter hat KPN ein landesweites LoRa-Netzwerk aufgebaut. Auch dieses Unternehmen tut dies aus der Überzeugung heraus, dass dieses System die Lösung der Zukunft für die Verbindung von Geräten ist.
NB-IoT
LoRa ist nicht die einzige Initiative zur drahtlosen Verbindung von IoT-Geräten. Dies geschieht auch beim Narrowband Internet of Things (NB-IoT) mit dem Ziel, batteriebetriebene Geräte mit geringer Datengeschwindigkeit an Mobilfunknetze anzubinden. Der größte Unterschied zu LoRa besteht darin, dass NB-IoT-Netzwerke von einem Anbieter verwaltet werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Stabilität der Netzwerke gewährleistet ist. Ein Nachteil ist jedoch, dass die Geräte alle mit einer SIM-Karte ausgestattet sein müssen. Dies macht NB-IoT teurer als die anderen Netzwerke mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch. In den Niederlanden verfügt T-Mobile über ein umfassendes NB-IoT-Netzwerk.
SigFox
Eine drahtlose Technologie, die seit einigen Jahren in intelligenten Energiezählern eingesetzt wird, ist SigFox. Wie bei LoRa darf nur 30 Sekunden pro Stunde eine Verbindung bestehen und ein Informationspaket gesendet werden. Die Geschwindigkeit ist mit 100 Bps wirklich sehr niedrig und es können maximal 140 Nachrichten pro Tag versendet werden. SigFox bietet die Möglichkeit, etwas an das Gerät zurückzusenden, das die Nachricht gesendet hat. Allerdings sind diese Möglichkeiten, genau wie bei LoRa, sehr begrenzt. Auch die Rücksendung von Nachrichten ist mit relativ hohen Kosten verbunden.
Unterschiede zwischen den Netzwerken
LoRa, SigFox und NB-IoT sind die wichtigsten Alternativen, um IoT-Geräte untereinander und mit geringer Geschwindigkeit mit dem Internet zu verbinden. NB-IoT hat eine Geschwindigkeit von ca. 20 Kbit/s, Datenroaming ist möglich und die Anzahl der Nachrichten ist unbegrenzt. Als großer Nachteil wird die Bindung des Netzbetreibers gesehen. SigFox erfordert wenig Infrastruktur und die Kosten sind gering. Bidirektionaler Verkehr ist kaum möglich, die Anzahl der Nachrichten ist auf 140 begrenzt und die Geschwindigkeit ist mit 100 Bps gering. LoRa erfordert relativ viel Infrastruktur, aber das Signal kommt auch in Gebieten mit vielen Gebäuden gut durch. Die bidirektionale Kommunikation ist begrenzt, die Geschwindigkeit beträgt 50 Kbit/s und die Anzahl der Nachrichten ist grundsätzlich unbegrenzt, solange die Übertragungszeit innerhalb von 1 % bleibt. Als großer Vorteil wird angesehen, dass LoRa nicht an einen Anbieter gebunden ist.
Mehr über LoraWAN
Die LoRaWAN-Netzwerkarchitektur ist in einer Star-of-Stars-Topologie implementiert, bei der Gateways Nachrichten zwischen Endgeräten und einem zentralen Netzwerkserver weiterleiten. Die Gateways sind über Standard-IP-Verbindungen mit dem Netzwerkserver verbunden und fungieren als transparente Brücke, indem sie einfach RF-Pakete in IP-Pakete umwandeln und umgekehrt. Die drahtlose Kommunikation nutzt die Long-Range-Eigenschaften der physikalischen LoRa-Schicht und ermöglicht eine Single-Hop-Verbindung zwischen dem Endgerät und einem oder mehreren Gateways. Alle Geräte sind zur bidirektionalen Kommunikation fähig und es gibt Unterstützung für Multicast-Adressgruppen, um das Spektrum bei Aufgaben wie Firmware Over-The-Air (FOTA)-Upgrades oder anderen Massenverteilungsnachrichten effizient zu nutzen.
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