Long Range Wide Area Network
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzprotokoll auf der Ebene der Vermittlungsschicht (engl. network layer) und basiert auf der LoRa-Funktechnik.<ref>LoRa vs. LoRaWAN: Unterschiede einfach erklärt | GIS. In: GIS Gesellschaft für Informatik und Steuerungstechnik mbH. 25. Juni 2025, abgerufen am 28. März 2026 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> Die LoRaWAN-Spezifikationen werden von der LoRa Alliance festgelegt. Sie sind frei verfügbar und Software-Grundmodule sind als Open-Source-Software verfügbar.<ref>Michael Eckstein: LoRa-IoT-Software wird Open-Source – zumindest teilweise. Elektronikpraxis, 3. Mai 2019, abgerufen am 26. Mai 2019.</ref> LoRaWAN nutzt das proprietäre, patentierte, leitungslose „LoRa“-Übertragungsverfahren auf der Bitübertragungsschicht (engl. physical layer).
Aufbau[Bearbeiten]
Die LoRa-Wide-Area-Network-Architektur ist sternförmig. LoRaWAN-Endgeräte kommunizieren mit LoRaWAN-Gateways, welche die Datenpakete an einen LoRaWAN-Server senden. Dieser Server verfügt über Schnittstellen für IoT-Plattformen und -Applikationen. Die Kommunikation im LoRaWAN ist zweifach mit 128 bit AES verschlüsselt, zum einen bis zum Netzserver und zum anderen bis zum Anwendungsserver.
Bidirektionale Varianten der Endgeräte[Bearbeiten]
- Klasse A
- 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
- 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
- Bei Endgeräten der Klasse C besteht ein permanent geöffnetes Download-Receive-Fenster. Somit sind Endgeräte der Klasse C nahezu permanent aktiv.
Technik[Bearbeiten]
LoRaWAN ist asymmetrisch und auf Energieeffizienz für Reichweiten über 10 km für die Uplink-Kommunikation (also das Senden vom Endgerät an das Netz) ausgerichtet. Die Datenübertragungsrate reicht von 292 bit/s bis 50 kbit/s. Verschiedene Betriebsabstufungen bis hin zu quasi-kontinuierlicher Downlink-Kommunikation sind möglich – letzteres geht auf Kosten der Energieeffizienz. So spricht etwa die LoRa Alliance auch von Low Power Wide Area Networks.
LoRaWAN nutzt regional unterschiedliche Frequenzbereiche im ISM- und im SRD-Band, darunter in Europa das Frequenzband von 433,05 bis 434,79 MHz (ISM-Band ITU-Region 1) und von 863 bis 870 MHz (SRD-Band Europa). In Nordamerika ist das Frequenzband von 902 bis 928 MHz (ISM-Band ITU-Region 2) dafür freigegeben.<ref>https://docs.wixstatic.com/ugd/eccc1a_ed71ea1cd969417493c74e4a13c55685.pdf LoRa Alliance - What is LoRaWAN</ref><ref>https://docs.wixstatic.com/ugd/eccc1a_20fe760334f84a9788c5b11820281bd0.pdf LoRa Alliance - LoRaWAN 101 – A Technical Introduction</ref> Generell gibt es Geräte für folgende Frequenzen: 433 MHz, 470 MHz, 799 MHz, 865 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 920 MHz und 923 MHz.
Die Reichweiten erstrecken sich von 2 km in Stadtgebieten bis zu 40 km in ländlichen Gebieten. Ein großer Vorteil ist die Gebäude-Durchdringung, sodass auch Keller erreicht werden können. Der Strombedarf in Endgeräten beträgt rund 10 mA im Betriebs- und 100 nA im Ruhemodus. Das ermöglicht bei Vernachlässigung der Selbstentladung eine Batterielebensdauer von 2 bis 15 Jahren. Die Kommunikation zwischen Endgerät und Gateway erfolgt auf verschiedenen Frequenzkanälen mit Datenraten von 0,3 bis 50 kbit/s. Damit die öffentlichen Frequenzen nicht überlastet werden, sollen Lora-Nodes (Endgeräte) möglichst nicht mehr als eine Nachricht pro ca. 5 min senden.<ref>Limitations, auf thethingsnetwork.org</ref> Damit ist der Einsatz für Echtzeitanwendungen limitiert.
Die Frequenzspreizung ermöglicht eine hohe Effizienz bei Datentransfer und Energieverbrauch. Interferenzen werden dadurch minimiert. Die Datentransferrate zum Endgerät kann durch den LoRaWAN-Netzserver je nach Bedarf angepasst werden (ADR = Adaptive Data Rate).
Funktechnik[Bearbeiten]
Die Halbleiter-Chip-basierte (englisch IC für „integrated circuit“) LoRa-Hochfrequenz-Funktechnik (englisch RF für „radio frequency“) ist ein Lizenz-Produkt der Semtech Corporation (Nasdaq: SMTC). LoRa und LoRaWAN sind geschützte Marken von Semtech.<ref name="Semtech_(2021)">Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig New ABI Research White Paper Highlights Growth of LoRa and the LoRaWAN Open Protocol.] In: Semtech. Semtech Corporation, , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 12. Februar 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>
Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Anker“ ist nicht vorhanden.LoRa Alliance[Bearbeiten]
Die LoRa Alliance ist ein gemeinnütziger Verein, der sich zum Ziel gesetzt hat, durch die Entwicklung und Förderung des offenen LoRaWAN-Standards die Bereitstellung von LPWAN-IoT (Low Power Wide Area Networks) in großem Maßstab zu ermöglichen. Sie standardisiert und akkreditiert Zertifizierungsschemata, um das Funktionieren und die Skalierung von LoRaWAN-Netzwerken sicherzustellen.<ref name="LoRa-Alliancs_(2021)">Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig LoRa Alliance.] In: LoRa Alliance. LoRa Alliance, , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 12. Februar 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>
Literatur[Bearbeiten]
- Claus Kühnel: Einfache LoRaWAN-Knoten für das IoT mit Update für The Things Stack Community Edition. Skript Verlag Kühnel, 2021, ISBN 978-3-907857-43-4.
Weblinks[Bearbeiten]
- Allgemeinzuteilung von Frequenzen mit geringer Reichweite, Verfügung der BNetzA Nr. 133/2019, geändert durch Verfügung 12/2020
- LoRa Alliance
- LoRa-Netz der Swisscom
- The Things Network (TTN)
- A technical overview of LoRa and LoRaWAN (PDF; 1,4 MB)
- LoRaWAN and Multi-RAN Architecture Connecting the Next Billion IoT Devices
Einzelnachweise[Bearbeiten]
<references />