LoRaWAN: Die Zukunft der IoT-Kommunikation

LoRaWAN steht für "Long Range Wide Area Network". Es handelt sich dabei um ein Funknetzprotokoll, das speziell für das Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde. LoRaWAN ermöglicht die Kommunikation zwischen IoT-Geräten und Anwendungs-Servern über große Entfernungen (bis zu 15 km).

Durch seine hohe Reichweite, geringen Energiebedarf und die Fähigkeit, eine hohe Anzahl an Verbindungen zu verwalten, ist LoRaWAN ideal für Anwendungen wie beispielsweise die Fernüberwachung von Sensoren, Zählern und anderen IoT-Geräten.

Weiterer Vorteil: Sein offenes Protokoll und seine globale Verbreitung ermöglichen eine breite Nutzung und Interoperabilität. Heißt, verschiedene Systeme, Geräte oder Anwendungen können sich verbinden und miteinander kommunizieren – und das automatisiert.

Ein LoRaWAN-Netzwerk besteht aus mehreren Komponenten: Aus LoRaWAN-fähigen Endgeräten (Nodes), Gateways, einem Netzwerkserver und einem Anwendungsserver.

1. Die Endgeräte wie Sensoren (z. B. Temperatur- oder Drucksensoren) senden ihre Daten an das Gateway.
2. Das LoRa Gateway empfängt die Signale, verbindet sich via Standard-IP-Verbindung mit dem LoRA Netzwerkserver und leitet die gesammelten Datenpakete weiter. Je nach Umfang und topologischen Gegebenheiten können auch mehrere Gateways erforderlich sein.
3. Im nächsten Schritt werden die Daten vom Netzwerkserver an einen Anwendungsserver übermittelt, von wo aus sie via PC oder Smartphone abrufbar sind.

Gut zu wissen: Das Netzwerk nutzt mehrere Frequenzkanäle und passt die Datenrate dynamisch an die Qualität der Funkverbindung an. Dies ermöglicht eine schnelle Datenübertragung und minimiert Funkkanalbelegung. Außerdem können mehrere Sensoren in einem Netzwerk integriert werden, ohne Störungen zwischen den Sensoren zu verursachen.

LoRaWAN bietet einen Sicherheitsstandard, der auf zwei Ebenen funktioniert: Eine Ebene für das Netzwerk und eine weitere für die Anwendung. Die Netzwerksicherheit stellt die Echtheit des Knotens im Netzwerk sicher. Die Anwendungsebene wiederum gewährleistet, dass der Netzwerkbetreiber keinen Zugang zu den Nutzerdaten erhält. Für die Verschlüsselung wird das AES-Verfahren angewandt, wobei der Schlüsselaustausch über eine IEEE-EUI64-Kennung stattfindet.

Die LoRaWAN-Technologie setzt außerdem auf eine durchgehende End-to-End-Verschlüsselung, die die Daten während der gesamten Übertragung bis einschließlich zum Core-Netzwerk des Betreibers, schützt.

In der Praxis heißt das: Die Daten werden vom Endgeräte, z.B. einem Sensor verschlüsselt und erst nach der Übertragung auf dem Server entschlüsselt – eine bidirektionale Kommunikation. Damit ist die Datensicherheit jederzeit gegeben.

LoRa und LoRaWAN sind zwei miteinander verbundene, aber unterschiedliche Technologien.

• LoRa steht für "Long Range" und ist eine Funkmodulationstechnik. Sie wurde speziell entwickelt, um eine hohe Reichweite bei geringem Energieverbrauch zu ermöglichen und dabei kleine Datenmengen zu übertragen.
• LoRaWAN hingegen bedeutet "Long Range Wide Area Network" und ist ein Kommunikationsprotokoll oder Netzwerkstandard, der auf LoRa aufbaut. LoRaWAN definiert die Systemarchitektur und Kommunikationsprotokolle, die benötigt werden, um LoRa für die Netzwerkkommunikation in einem Wide Area Network (WAN) zu nutzen.

Kurz gesagt: LoRa bezieht sich auf die physikalische Übertragungstechnik, während LoRaWAN die Netzwerkstruktur und Protokolle definiert, die diese Technik nutzen.

LoRaWAN bietet zahlreiche Vorteile, besonders für IoT-Anwendungen:

• Große Reichweite: LoRaWAN kann Signale über Entfernungen von bis zu 15 km im ländlichen Raum und 2-3 km in städtischen Gebieten übertragen.
• Gute Durchdringung: Die LoRa-Technologie kann Hindernisse wie Gebäude und Vegetation effektiv durchdringen, was sie ideal für den Einsatz in städtischen und industriellen Umgebungen macht.
• Geringer Energieverbrauch: Die Datenübertragung mit LoRaWAN ist durch die geringe Datenmenge und die kurzen Übertragungszeiten sehr energieeffizient.
• Lange Batterielaufzeit: Geräte, die LoRaWAN verwenden, haben oft eine Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren.
• Datensicherheit: LoRaWAN bietet eine hohe Sicherheit mittels Ende-zu-Ende-Verschlüsselung.
• Kosteneffizienz: Durch die Nutzung von lizenzfreien Frequenzbändern können die Betriebskosten niedrig gehalten werden.
• Offener Standard: Als offener Standard wird LoRaWAN von einem breiten Ökosystem von Hardware- und Softwareanbietern unterstützt.

Grundsätzlich ist LoRaWAN überall dort verfügbar, wo ein LoRaWAN-Netzwerk installiert ist. Dies kann von verschiedenen Organisationen aus initiiert werden. Immer mehr Städte, Kommunen, Energieversorger und Telekommunikationsunternehmen treiben den Ausbau stark voran. Nicht nur in Deutschland, weltweit erfährt LoRaWAN großen Zuspruch.

In städtischen Gebieten ist die Verfügbarkeit von LoRaWAN oft höher. Die Reichweite und Durchdringungsfähigkeit macht die Technologie aber auch besonders attraktiv für ländliche oder abgelegene Standorte.

Die LoRa Alliance spielt beim Ausbau eine wesentliche Rolle. Sie ist eine globale Vereinigung von Unternehmen, die LoRaWAN fördern und damit die Realisierung des Internet of Things (IoT) unterstützen und durchsetzen wollen. Dahinter stecken Technologiekonzerne wie IBM, Google, Amazon, Orange, Cisco oder auch Microsoft.