long range wide area network (LPWAN) (LoRaWAN)

Low Power WANs (LPWAN) sind Netzkonzepte für das Internet of Things ( IoT) und die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation ( M2M). LPWANs zeichnen sich dadurch aus, dass sie Entfernungen bis zu 50 km überbrücken können und sehr wenig Energie benötigen. Zur Realisierung der LPWANs gibt es mehrere technische Ansätze. Einen von der ETSI: ETSI GS LTN, weitere heißen LoRaWAN, Weightless und RPMA, was für Random Phase Multiple Access steht.

Damit die überbrückbare Entfernung nicht zu sehr durch die Freiraumdämpfung beeinträchtigt wird, nutzen einige der genannten LPWAN-Konzepte Frequenzen in ISM-Bändern bei 433 MHz und 868 MHz. Wenige arbeiten auch in dem ISM-Band bei 2,4 GHz.

Was beispielsweise SigFox als LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) betrifft, so nutzt es in Europa das ISM-Band bei 868 MHz (USA 915 MHz). Der überbrückbare Entfernungsbereich liegt im städtischen Bereich bei über 5 km, außerstädtisch über 15 km. Es gibt auch schon Funk- Transceiver im Frequenzbereich von 2,4 GHz, mit denen eine Reichweite von 10 km überbrückt werden kann. Die LoRa-Übertragung ist eine Kombination aus Chirp Spread Spectrum ( CSS) und Software Defined Radio ( SDR). Ein entscheidender Vorteil dieser Modulationstechnik liegt in der extrem hohen Empfindlichkeit, die bei -135 dBm liegen kann und damit bis zu 20 dB unter dem Rauschpegel. Enstsprechende Signalpegel sind noch detektierbar. Das LoRaWAN-Konzept unterstützt die bidirektionale Kommunikation, die Mobilität und ortsbestimmende Dienste.

Spezifikationen von Long Range WAN (LoRaWAN)

Spezifikationen von Long Range WAN (LoRaWAN)

Der Netzaufbau und die Datenraten von LoRaWANs

Vom Netzaufbau her sind LoRa- WAN-Netze in Stern-in Sterne- Topologie aufgebaut, wobei die LoRa- Gateways als transparente Bridges arbeiten und die Nachrichten zwischen den End Points und einem zentralen Netzwerkserver schalten. An den Endpunkten erfolgt die Abtastung der Messwerte oder die Steuerung. Sie sind an eine Basisstation angeschlossen, die wiederum von einem Backbone über TCP/ IP und das SSL-Protokoll die Informationen verschlüsselt übertragen bekommt. Die Kommunikation zwischen den Endpunkten und den LoRa-Gateways erfolgt funktechnisch auf verschiedenen Frequenzkanälen und mit unterschiedlichen Datenraten oder drahtgebunden über Ethernet. Die Datenraten sind abhängig von der Nachrichtendauer und liegen zwischen 300 bit/s und 5 kbit/s.

Damit die Batterielaufzeit von den Endkomponenten möglichst lange ist, werden alle Datenraten und die HF-Ausgangssignale vom LoRaWAN- Netzwerk verwaltet und die Endkomponenten über eine Adaptive Data Rate ( ADR) gesteuert. Es gibt drei Endgeräteklassen, die alle bidirektional kommunizieren können. Geräte der Klasse A haben ein geplantes Übertragungsfenster im Uplink. Der Funksensor bestimmt mit einem Controller wann und wie oft er sendet und wieviele Daten übertragen werden. Klasse-B-Geräte sind für zeitkritische Applikationen. Sie arbeiten mit einem Übertragungsfenster im Downlink. In diesem Zeitfenster kann das Klasse-B-Berät senden und ist für den LoRaWAN- Server erreichbar. Und bei Klasse-C-Geräten ist das Übertragungsfenster kontinuierlich offen. Der Funksensor kann immer empfangen.

Die LoRaWAN-Technik wird von der LoRa Alliance standardisiert. Alternativen zu LoRaWAN sind SigFox, Weightless, Dash7, 802.11ah und Ingenu.

Informationen zum Artikel
Deutsch:
Englisch: long range wide area network (LPWAN) - LoRaWAN
Veröffentlicht: 01.09.2021
Wörter: 465
Tags: Internet-Konzepte
Links: low power WAN (LPWAN), Internet, Internet der Dinge, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, market to market (M2M)
Übersetzung: EN
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