Frequently Asked Questions - FAQs
Was ist das Internet of Things (IoT)?
Das IoT bezeichnet ein Netzwerk in dem physische Dinge wie Gebäude, Parkplätze, Maschinen, Fahrräder, etc. mit Sensoren und Software ausgestattet werden um mit Hilfe des Internets Daten auszutauschen und reale Probleme wie z.B. die Temperaturüberwachung eines Kühlhauses zu lösen.
Was ist LoRaWAN und wie hängt es mit dem Internet of Things zu tun?
Das IoT basiert auf dem Datenaustausch zwischen intelligenten Geräten. Solange die Geräte oder Sensoren über eine externe Stromversorgung verfügen können Kommunikationstechnologien wie Mobilfunk oder WLAN verwendet werden. Ist jedoch keine Stromversorgung vorhanden müssen alternative Technologien genutzt werden, da WLAN & Mobilfunk viel Energie für die Datenkommunikation benötigen und herkömmliche Batterien ständig gewechselt werden müssten. Das ziehen von Stromkabeln ist teuer und daher in den allermeisten Fällen nicht wirtschaftlich. Hier kommt LoRaWAN als Kommunikationstechnologie für den Betrieb batteriebetriebene Sensoren ins Spiel. LoRaWAN ist auf die energieeffiziente Übertragung von kleinen Datenpaketen (0,3 - 50 kbps) über große Distanzen (2-10 Km) ausgelegt weshalb Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren möglich sind.
Was sind die Vorteile von LoRaWAN?
1. Niedrige Kosten: LoRaWAN ist ein kostengünstiges Netzwerkprotokoll, das für den Einsatz in IoT-Anwendungen geeignet ist.
2. Hohe Reichweite: LoRaWAN bietet eine hohe Reichweite von bis zu 15 km (ca. 2 km im urbanen Raum).
3. Geringer Energieverbrauch: LoRaWAN ist überaus energieeffizient wordurch die Nutzung batteriebetriebener Sensoren ermöglicht wird.
4. Sicherheit: LoRaWAN bietet ein hohes Maß an Sicherheit, da es verschiedene Sicherheitsmechanismen wie End-to-End-Verschlüsselung und Authentifizierung bietet.
5. Skalierbarkeit: LoRaWAN ist ein skalierbares Netzwerkprotokoll, das sich leicht an die Anforderungen der Anwendung anpassen lässt.
Welche LoRaWAN-Netzwerkserver gibt es?
Es gibt zahlreiche LoRaWAN-Netzwerkserver. Jeder hat seine Vor- und Nachteile. Hier eine kleine (unvollständige) Liste:
AWS
Loriot
Chirpstack (Open Source)
Actility
Digimondo
The Things Network
Helium
Wofür wird das IoT genutzt?
Die Anwendungsfälle des Internet of Things sind divers und reichen von intelligenten Schrauben, welche die Temperatur und Zugfestigkeit messen bis hin zu intelligenten Brücken. Eine Auswahl an Anwendungen:
Infrastruktur-Monitoring von Brücken, Bahntrassen und Tunneln
IoT-Lösungen im Bereich denkmalgeschützter Gebäude und Museen
Erfassung von Energieverbrauchsdaten
Feinstaubmessung für die Luftqualitätsmessung
Pegelüberwachung von Gewässern
Steuerung von intelligenten Thermostaten
Parkraumüberwachung
Woraus besteht ein LoRaWAN-Netzwerk?
Jedes LoRaWAN-Netzwerk lässt sich in 3 Ebenen unterteilen.
Die erste Ebene bilden die Edge Devices also meist batteriebetriebene Sensoren, die in regelmäßig Abständen Daten über den LoRa-Funkstandard übertragen.
Die zweite Ebene sind LoRaWAN-Gateways. Diese sind Funkbasisstationen und leiten die empfangenen Sensordaten über das Internet (TCP/IP) an die dritte und letzte Ebene weiter.
Der Netzwerkserver managed und orchestriert das gesamte LoRaWAN-Netzwerk und stellt den Endnutzern die dekodierten Sensordaten zur Verfügung.
Was ist der Nutzen eines LoRaWAN-Netzwerkes?
Das LoRaWAN-Netzwerk an sich hat keinen Selbstzweck. Der Nutzen ergibt sich aus den Anwendungsfällen die ein derartiges Netzwerk in Verbindung mit den zahlreichen auf dem Markt erhältlichen LoRaWAN-Sensoren ermöglicht. Ziel ist es manuelle Arbeiten durch intelligente Sensoren obsolet zu machen und den Ressourcenverbrauch zu optimieren wodurch bares Geld gespart wird.
Durch die hohe Reichweite der LoRaWAN-Gateways reicht dabei eine vergleichsweise geringe Anzahl an Gateways aus um ein großes Areal einer Fabrik oder kleinen Gemeinde abzudecken.
Was bedeutet der Duty Cycle für LoRaWAN-Netzwerke?
Der Lorawan Duty Cycle ist ein Mechanismus, der die Übertragungsrate begrenzt, um die Netzwerkkapazität zu schützen. Es begrenzt die Anzahl der Nachrichten, die ein Gerät pro Zeiteinheit senden kann. Der Gesetzgeber schreibt vor, dass Geräte im 868-MHz-Band pro Stunde maximal 1 % der Zeit senden dürfen. Dieser Mechanismus ist besonders wichtig, wenn viele Geräte in einem Netzwerk aktiv sind, da er dazu beiträgt, dass das Netzwerk nicht überlastet wird.
Was ist eine Smart City?
Eine Smart City ist eine Stadt, die Technologien nutzt, um die Lebensqualität ihrer Bürger zu verbessern. Dazu gehören intelligente Verkehrslösungen, Energiemanagement, intelligente Gebäude, intelligente Infrastruktur, intelligente Umweltlösungen und mehr. Smart Cities nutzen Technologien wie Künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Big Data und Cloud Computing.
Sie wollen mittels einer Smart City Förderung Projekte realisieren?
Für Städte, die auf der Suche nach Fördermöglichkeiten wie die Modellprojekte "Smart Cities" sind, haben wir eine kleine Ressourcensammlung nützlicher Dokumente, Webseiten und Leitfäden zusammengestellt.
Merkblatt Modellprojekte Smart Cities (hier)
Smart City Charta (hier)
Leitfaden zu Smart Cities & Regions (hier)
Start Smart: Wissenstransfer und Vernetzung für Kommunen (hier)
Was sind die Nachteile von LoRaWAN?
1. Geringe Bandbreite: LoRaWAN-Netzwerke bieten nur eine geringe Bandbreite, die für Anwendungen, welche höhere Datenmengen übertragen (Videostreaming, Sprachkommunikation, Maschinenkommunikation) nicht ausreichend ist.
2. Gesetzliche Vorgaben bzgl. Übertragungshäufigkeit: LoRaWAN-Netzwerke müssen den sogenannten Duty-Cycle beachten. Dieser schränkt die maximale Sendezeit eines jeden Gerätes auf 1 % einer Stunde (also 36 Sekunden in einer Stunde) ein. Somit können Anwendungen, die z.B sekündlich Daten senden, nicht mittels LoRaWAN unterstützt werden.
3. Lediglich lokale Netzabdeckung: LoRaWAN-Netzwerke sind zumindest in vielen europäischen Ländern ein Flickenteppich. Die jeweiligen Netzwerke tauschen in der Regel keine Daten untereinander aus, sodass es kein Deutschland oder europaweites LoRaWAN-Netzwerk gibt (Ausnahme eventuell das Helium-Netzwerk).
4. Firmwareupdates: Aufgrund der niedrigen Datenrate müssen für Firmware meist zahlreiche Datenpakete nacheinander an die Sensoren versandt werden. Dies stellt bei zahlreichen Sensoren und unterschiedlich guter Netzabdeckung eine große Hürde dar.