Long Range Wide Area Network

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Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll, das für Kommunikation im Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde. Die LoRaWAN-Spezifikation wird von der LoRa Alliance festgelegt, ist frei verfügbar und nutzt die proprietäre Chirp Spread Spectrum Modulationstechnik „LoRa“ der Semtech Corporation. Sie ist asymmetrisch auf Energieeffizienz der IoT-Geräte ausgerichtet und erreicht hierbei hohe Reichweiten (>10 km) für die Uplink-Kommunikation, also das Senden vom IoT-Gerät an das Netz. Die Datenübertragungsrate rangiert zwischen 292 Bit/s und 50 Kilobit/s. Verschiedene Betriebsabstufungen bis hin zu einer quasi-kontinuierlichen Downlink-Kommunikation sind möglich, wobei letzteres auf Kosten der Energieeffizienz geht.

Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Netz-Architektur ist sternförmig. Endgeräte kommunizieren mit Gateways, welche die Datenpakete an einen Netzwerkserver senden. Der Netzwerkserver verfügt über Schnittstellen, um an IoT Plattformen und Applikationen angebunden zu werden.

LoRaWAN nutzt regional unterschiedliche Frequenzbereiche im ISM-Band. Unter anderem sind dies in Europa die Frequenzen 433 MHz (ISM-Band Region 1), 868 MHz (SRD-Band Europa) oder 915 MHz (ISM-Band Region 2) in den USA.

Die Reichweiten erstrecken sich von 2 km (Stadtgebiet) über 15 km (Vororte) bis zu 40 km (ländliche Gebiete). Ein weiterer großer Vorteil ist die Durchdringung von Gebäuden, da hier auch zu einem gewissen Grad unterirdische Räumlichkeiten versorgt werden können. Der Stromverbrauch von Endgeräten beträgt rund 10 mA und 100 nA im Ruhemodus. Das ermöglicht je nach Anwendungsfall eine Batterielebensdauer von 2 bis 15 Jahren. Die Kommunikation zwischen den Endgeräten und den Gateways erfolgt auf verschiedenen Frequenzkanälen mit unterschiedlichen Datenraten. Diese liegen zwischen 0,3 kbit/s und 50 kbit/s.

Um eine hohe Effizienz bei Datentransfer und Energieverbrauch zu erreichen, nutzt LoRaWAN Frequenzspreizung. Interferenzen können so weitestgehend vermieden werden. Die Datentransferraten zu den Endgeräten passt der Netzwerkserver der jeweiligen Situation an (ADR = Adaptive Data Rate). Die Kommunikation im LoRaWAN ist zweifach mit 128 bit AES verschlüsselt, zum einen bis zum Netzwerkserver und zum anderen bis zum Anwendungsserver.

Dem größten südkoreanischen Telekommunikationsunternehmen SK Telecom gelang Anfang Juli 2016 die landesweite Einführung von Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) basierend auf LoRaWAN-Technik für die IoT-Infrastruktur.[1] Ein paar Tage vorher meldete das niederländische KPN die landesweite Bereitstellung des IoT-Netzwerkes mit LoRaWAN-Technik. Damit gehören die Niederlande und Südkorea zu den ersten Ländern mit flächendeckender Versorgung mit LoRaWAN.[2]

Bidirektionale Varianten der Endgeräte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klasse A[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kommunikation funktioniert nach dem ALOHA-Zugriffsverfahren. Dabei sendet das Gerät seine erzeugten Datenpakete an das Gateway, gefolgt von zwei Download Receive-Fenstern, die für einen Datenempfang genutzt werden können. Ein erneuter Datentransfer kann nur durch das Endgerät bei einem erneuten Upload initiiert werden.

Klasse B[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Klasse B Endgeräte öffnen Download Receive Fenster zu festgelegten Zeiten. Dazu empfängt das Endgerät ein zeitgesteuertes Beacon-Signal vom Gateway. So weiß der Netzwerk-Server, wann das Endgerät bereit ist, um Daten zu empfangen.

Klasse C[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei Endgeräten der Klasse C besteht ein permanent geöffnetes Download Receive-Fenster. Somit sind Endgeräte der Klasse C nahezu permanent aktiv.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Oh Chan-jong: SK Telecom leads in IoT race, completing nationwide network. PulseNews, 4. Juli 2016, abgerufen am 4. Juli 2016 (englisch).
  2. Graeme Burton: Netherlands beats South Korea in rolling out national Internet of Things network. Computing, 1. Juli 2016, abgerufen am 4. Juli 2016 (englisch).