LoRa ist ein drahtloses Kommunikationssystem mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch, das kleine Datenmengen über große Entfernungen senden kann. Diese beiden Eigenschaften machen es zu einer attraktiven Lösung für den Einsatz in der IoT- und IIoT-Welt.
LoRaWAN (long range vast area network) ist das Protokoll, das auf der LoRa-Modulation aufbaut. Es ist eine Softwareschicht, die definiert, wie Geräte die LoRa-Hardware nutzen, etwa bei der Übertragung von Nachrichten.
Was ist LoRa?
LoRa ist die Zusammenfassung von Long Range. Es ist eines der effektiven drahtlosen Kommunikationssysteme mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch, das von Semtech entwickelt wurde.
“LoRa-Geräte bieten überzeugende Eigenschaften für IoT-Anwendungen, darunter Kommunikation mit großer Reichweite, geringem Stromverbrauch und sicherer Datenübertragung. Die Technologie kann von öffentlichen, privaten oder hybriden Netzwerken genutzt werden und bietet eine größere Reichweite als zellulare Netzwerke.”
Quelle: Semtech
Die Langstrecken-Kommunikation und der geringe Stromverbrauch von LoRa machen es ideal für industrielle IoT-Anwendungen. Darüber hinaus löst es viele neue Herausforderungen in ländlichen und städtischen Gebieten weltweit, darunter Klimawandel, Umweltverschmutzung und Naturkatastrophen.
Aufgrund seiner Einfachheit und der attraktiven Investitionen wird es gerne im Transportwesen, in der Fertigung, in der Landwirtschaft, in Haushaltsgeräten und in einigen Fällen sogar in tragbaren Geräten eingesetzt.”
Wie funktioniert LoRa?
LoRa is a wireless modulation technique based on the Chirp Spread Spectrum (CSS) LoRa ist eine drahtlose Modulationstechnik, die auf der Chirp Spread Spectrum (CSS) Technologie basiert. Es kodiert Informationen auf Funkwellen unter Verwendung von Chirp-Pulsen. Die Modulation ist insbesondere sehr robust gegenüber Störungen und kann je nach den Fähigkeiten der Hardware über große Entfernungen empfangen werden.
Sehen Sie sich dieses Video von Richard Wenner an, der erklärt, wie CSS funktioniert:
LoRa ist ideal für Anwendungen, die kleine Datenmengen mit niedrigen Bitraten übertragen. Die Daten können über eine größere Reichweite übertragen werden als bei anderen drahtlosen Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth oder ZigBee. Das macht LoRa ideal für das Senden von Sensordaten im Low-Power-Modus.
Außerdem kann LoRa auf den lizenzfreien Sub-Gigahertz-Bandbreiten wie 915 MHz, 868 MHz und 433 MHz eingesetzt werden. Es kann auch auf 2,4 GHz für viel höhere Datenraten betrieben werden, dann aber auf Kosten der Reichweite. Diese Frequenzen fallen in ISM-Bänder, die international für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke reserviert sind.
Was ist LoRaWAN?
Die LoRaWAN-Spezifikation ist ein auf LoRa basierender Low-Power-Wide-Area-Network-Standard. Er wurde entwickelt, um batteriebetriebene Geräte in regionalen, nationalen und globalen Netzwerken drahtlos mit dem Internet zu verbinden.
LoRaWAN ist die Softwareschicht, die bestimmt, wie Geräte die LoRa-Hardware nutzen, z. B. wann sie Daten übertragen und in welchem Format. Das Protokoll selbst wird von der LoRa Alliance entwickelt und gepflegt.
Am wichtigsten ist, dass die LoRaWAN-Spezifikation ein Standard ist, der eine nahtlose Integration zwischen Geräten anderer Hersteller ermöglicht. Dies ist einer der Gründe, weshalb sich die LoRa-Technologie in der IoT-Industrie dermaßen schnell verbreitet hat.
Wie funktioniert LoRaWAN?
Die LoRaWAN-Architektur besteht aus vier Hauptkomponenten:
- Endknoten
- Gateway
- Netzwerk-Server
- Anwendungsserver
In dieser Architektur sehen Sie, wie LoRa und LoRaWAN es ermöglichen, weite und dichte Netzwerke von Endgeräten zu verbinden. Dadurch können Sie Daten von Tausenden von Knoten auf eine überschaubare Weise erfassen und überwachen.
Endknoten – Geräte, die sich am Ende des Netzwerks befinden. Sie sind in der Regel mit Sensoren ausgestattet, um Daten von Zeit zu Zeit zu sammeln und zu überwachen. Sie haben in der Regel die Bauform eines stromsparenden Mikrocontrollers, der viele Jahre lang ohne Wartung im Feld eingesetzt werden kann, und sind mit einem stromsparenden LoRa-Sender ausgestattet, um die Datenpakete an den Gateway zu senden.
Gateways – LoRaWAN Gateways sind die Brücke zwischen den Endknoten und dem Netzwerk. Sie empfangen die Informationen von den Endknoten mittels eines LoRa-Konzentrators und leiten die Daten dann über das Internet oder die private Netzwerkinfrastruktur an den Netzwerkserver weiter. Gateways werden im Wesentlichen als Paketforwarder betrachtet, da dies die primäre Funktion ist, die sie erfüllen.
Netzwerkserver – Der Cloud-LoRa-Server konsolidiert alle Daten, die er von den Gateways erhält, und überträgt sie an den Anwendungsserver. Ein Beispiel für einen Netzwerkserver wäre The Things Network (TTN).
Applikationsserver – Der Applikationsserver ermöglicht es Ihnen, die Daten visuell oder analytisch zu interpretieren. Sie können die Datenpunkte auch in eine Plattform integrieren, um eine Aktion auszulösen, z. B. das Einschalten von Regenwasserpumpen für landwirtschaftliche Szenarien oder das Öffnen von Fenstern im Gewächshaus, um eine bestimmte Luftfeuchtigkeit zu erhalten. Sie können sogar Benachrichtigungsdienste einrichten, um einen Techniker zu benachrichtigen, wenn ein potenzielles Problem auftritt.
Wie wird LoRa derzeit eingesetzt?
Die LoRa-Technologie eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die eine regelmäßige Überwachung mit verschiedenen Sensoren erfordern. Zu den Anwendungen gehören u. a. das Gesundheitswesen, die Landwirtschaft, intelligente Städte, Messgeräte, Lieferketten und Logistik. Es gibt spezifische Anwendungen, für die die Technologie am besten geeignet ist. Diese Anwendungen erfordern Sensorknoten, die an abgelegenen Orten mit sehr wenig bis gar keiner Wartung platziert werden können.
Landwirtschaft und Umweltüberwachung sind Hauptanwendungen für den Einsatz von LoRa. Typischerweise werden sie in ländlichen Gebieten eingesetzt, in denen es keinen Mobilfunk oder keine Infrastruktur für Kurzstreckenkommunikation gibt.
Wie kann ich mit der LoRa-Technologie beginnen?
In den letzten fünf Jahren hat sich die LoRa-Technologie dank der führenden Firma Semtech, die ihre Transceiver-Chips und ihren Gateway-Chip entwickelt und verbessert hat, beschleunigt. Viele Hersteller verwenden Semtech LoRa-Chips, um einige innovative Knoten und Gateways mit geringerer Leistung zu entwickeln, die sich perfekt für das Prototyping eignen. Dank vieler unserer Lieferanten hat Distrelec eine große Auswahl an Entwicklungsboards, Sensorknoten und Gateways auf Lager.
