LoRa-WAS? LoRaWAN einfach erklärt

In einer Smart City werden Daten in Echtzeit erfasst, analysiert und genutzt, um den Alltag der Menschen zu erleichtern. So können beispielsweise Verkehrsströme in Echtzeit analysiert werden, um Staus zu vermeiden. Oder Wetterphänomene wie Starkregen beobachtet werden, um sich schneller auf potenzielle Gefahren vorzubereiten und entsprechend reagieren zu können. Hunderte oder auch tausende vernetzter Sensoren ermöglichen in einer Smart City eine solche Datenerfassung, und die Analyse solcher Daten liefert eine zuverlässige Informationsbasis für Stadtplaner, Entscheidungsträger und Bürger*innen. Wie aber erfolgt die Datenübertragung? Und unter welchen Voraussetzungen?

Damit die Daten im gesamten Stadtbereich und auch in den Außenbezirken empfangen werden können, muss der Empfang über weite Distanzen hinweg garantiert sein. Außerdem darf der Datentransfer nicht durch dicke Wände und dichte Häusersiedlungen gestört werden. Hinzu kommt, dass die Sensoren, die die Daten versenden, üblicherweise batteriebetrieben sind. Da die Sensoren oft an schwer zugänglichen Stellen installiert sind und ein Austausch der Batterien aufwendig ist, sollte die Datenübertragung einen geringen Energieverbrauch aufweisen. Zu guter Letzt müssen die Daten sicher und zuverlässig innerhalb eines Netzwerks versendet werden können. Dabei sollte der Aufbau der Infrastruktur kostengünstig und in kurzer Zeit möglich sein.

Hier kommt LoRaWAN ins Spiel

Die Abkürzung steht für Long Range Wide Area Network und bezeichnet eine Funktechnologie, die in der Lage ist, Daten über eine große Entfernung und auch von abgelegenen und schwer zugänglichen Orten, zu übertragen. Ursprünglich stammt sie aus der Militär- und Weltraumkommunikation. Mit einer Reichweite von bis zu 20 Kilometern (abhängig beispielsweise von Sendeleistung, Antenne, Auslastung des Frequenzbands, Topografie oder auch Wetter) ist die Technologie eigens auf Langstrecken-Kommunikation zugeschnitten. Mit LoRaWAN ist es möglich, mehrere hundert oder tausend Sensoren innerhalb eines Netzwerkes zu verwalten und Sensordaten zu verarbeiten.

Da die Infrastruktur eine hohe Störungsresistenz bietet, ist die Übertragung auch durch dicke Betonbarrieren problemlos möglich. Zudem benötigt LoRaWAN sehr wenig Energie, sodass meist von einer Lebensdauer von 5-10 Jahren der Batterien ausgegangen werden kann. LoRaWAN wird im ISM-Band (Frequenzbereich von 867 bis 869 MHz) betrieben und kann in Deutschland bundesweit ohne anfallende Lizenzkosten genutzt werden. Das alles macht LoRaWAN zu einer idealen Sensor-Funktechnologie in Smart Cities. Die Kombination von geringer Leistungsaufnahme und großer Reichweite begrenzt jedoch die maximale Datenrate bei LoRaWAN auf 11 kbit/s, was aber für diese Zwecke völlig ausreichend ist.

Prinzipiell eignen sich auch WLAN und das Mobilfunknetz zur drahtlosen Kommunikation. Jedoch lassen sich mit beiden in der Smart City Daten nur suboptimal austauschen. So können Informationen über WLAN nur in geringer Distanz und sehr schwer durch dickere Wände übermittelt werden. Außerdem benötigt WLAN viel Strom, sodass es nicht den Anforderungen einer Smart City gerecht wird. Im Mobilfunknetz können Daten wiederum problemlos über lange Strecken hinweg empfangen werden. Der Nachteil dabei sind jedoch die Kosten durch Nutzung eines lizensierten Bands.

Aufbau des Netzwerks

Ein LoRaWAN besteht zumindest aus drei Komponenten: einem Node (Sensor), einem Gateway (Antenne) und einem LoRa-Server. Das Gateway bildet die Schnittstelle zwischen der LoRa-Funkübertragung und der Anbindung zum Server. Der Node sendet Daten mittels LoRa an alle Gateways in seiner Umgebung. Diese nehmen die Daten auf und geben sie an den Server weiter. Ab diesem Zeitpunkt können die Daten individuell weiterverarbeitet, visualisiert und/oder gespeichert werden (siehe Bild).

Auch die Smart City Mannheim setzt auf LoRaWAN beim Aufbau ihres Klimamessnetzes .