LoRaWAN – Kommunikationsnetzwerk für das IoT

LoRaWAN ist eine für das IoT optimierte Kommunikationsarchitektur, die Daten über lizenzfreie Funkspektren überträgt. Es ist ein sogenanntes Low-Power-Wide-Area-Network (dt.: Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk) und dient zur Verbindung von Niedrigenergiegeräten wie batteriebetriebene Sensoren mit einem Netzwerkserver. Die LoRaWAN-Spezifikation wird von der LoRa Alliance Foundation festgelegt, ist frei verfügbar und nutzt ein patentiertes Übertragungsverfahren.

Es ist eine Funktechnologie (ähnlich Wi-Fi, WLAN, Bluetooth oder LTE), dessen Ziel es ist so wenig Protokollaufwand wie möglich zu erzeugen und gleichzeitig eine große Reichweite mit niedrigem Energieverbrauch und niedrigen Betriebskosten zu erreichen. Das Protokoll ist für eine mobile und sichere bidirektionale Kommunikation ausgelegt, wodurch eine zuverlässige Nachrichtenübertragung (Bestätigung) sichergestellt wird, damit lassen sich nicht nur Daten einsammeln, sondern Geräte lassen sich auch aktiv steuern. Zudem gewährleistet der Standard, eine Kompatibilität mit LoRaWAN-Netzwerken auf der ganzen Welt.

 

Vorteile von LoRaWAN

  • Nutzung lizenzfreier Frequenzbänder aus den ISM-Bändern. In Europa sind das die Bänder im Bereich 868 und 433 MHz. Durch Verwendung von Frequenzspreizung ist die Technik nahezu immun gegen Störstrahlung.
  • Hohe Reichweiten zwischen Sender und Empfänger, von 2 km in städtischen Gebieten bis zu 15 km in ländlichen Gebieten, je nach Umgebung und Bebauung, ganze Städte könnten abgedeckt werden.
  • Batteriebetriebene Sensoren schaffen es mit einer Batterieladung auf Laufzeiten von über fünf Jahren. Mit dieser Technik können beispielsweise große Sensornetzwerke mit geringen Instandhaltungskosten unterhalten werden.
  • Erhebliche Kosteneinsparungen der erforderlicheren Infrastruktur im Vergleich zu bestehenden Systemen.
  • Das System hat eine hohe Sensibilität von -137 dBm. Das ermöglicht eine höhere Durchdringung bis tief in Gebäude und Kellerräume hinein, was die Verfügbarkeit des Netzes erhöht.
  • Adaptive Datenraten (ADR), der Netzwerk Server managt bei jedem Endgerät die Datenraten (0,3 bis 50 kbit/s) individuell, zudem wird die Signalstärke in Abhängigkeit von der Entfernung zur Basisstation geregelt. Das gewährleistet, optimale Bedingungen hinsichtlich schnellstmöglicher Datenrate, bestmöglicher Netzkapazität und geringem Energieverbrauch.
  • Viele Telekommunikationsbetreiber nutzen LoRaWAN bereits und bieten die Technologie im Rahmen ihres Serviceangebots in zahlreichen Ländern weltweit an. Damit wird die Technologie noch interessanter, da es mit den Netzwerken verschiedener Betreiber kompatibel ist.
  • Es können große Netzwerke mit Millionen von Geräten unterstützt werden
  • Unterstützung für den redundanten Betrieb
  • Plug and Play, die standardisierten Schnittstellen (API) erlauben es, Sensoren und Applikationen schnell und flexibel anzubinden.
  • Hohe Sicherheit durch Ende-zu-Ende Verschlüsselung
  • LoRa-fähige Sensoren sind bereits am Markt verfügbar oder die bestehende Sensorik kann durch die Sensorhersteller durch Austausch des Funkmoduls einfach für LoRa umgebaut werden.

 

Wer tiefer eintauchen will kann dies hier tun: https://www.lora-wan.de/

 

Was bedeutet das für IOTA?

Mit dieser hocheffizienten und ressourcenschonenden Funktechnik wird erstmals ein kostengünstiger Einsatz von großflächigen Sensornetzten möglich. Dies ist ein weiteres wichtiges Puzzlestück für das zukünftige IoT. Die Einsatzgebiete im Zusammenhang mit IOTA sind offensichtlich, beispielsweise könnten alle Sensorabfragen einer Smart-City über LoRaWAN getätigt werden oder Lieferketten könnten überwacht werden, usw.

Weitere Informationen im Kapitel „Welche Anwendungsfelder könnte IOTA in Zukunft haben“

Der Beweis, dass LoRaWAN mit dem IOTA-Protokoll genutzt werden kann, wurde bereits erbracht. Nerds können jetzt weiterlesen, normale Menschen können den nächsten Abschnitt überspringen.

 

LoRaWAN und IOTA: Proof of Concept für das Speichern von Daten in Echtzeit im Tangle

Harm van den Brink (arbeitet für Enexis und ElaadNL), hat bereits ein Proof of Concept mit IOTA und für LoRaWAN erstellt. Dieser POC zeigt die Echtzeit-Speicherung von Daten im Tangle, wodurch dem Benutzer eine unveränderliche Art der Speicherung von Daten ermöglicht wird. Der PoC ist sehr einfach, es wird eine Nachricht mit LoRaWAN und dem IoT Netzwerk gesendet, mit einer bestimmten Anwendung und der Nutzung des *MQTT wird das IoT Netzwerk abgehört und diese Nachricht empfangen, anschließend wird die Nachricht über den „Proof of work“ Service von powsrv.io blitzschnell an den Tangle gesendet und gespeichert.

 *MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein open source Nachrichtenprotokoll für die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), dass die Übertragung von Nachrichten zwischen Geräten ermöglicht.

Wer möchte, kann sich in dem Blog von Harm van den Brink den Code downloaden und verwenden, aber bitte beachten, dass dieser PoC nicht die vollständige Integrität der Daten abdeckt. Dazu muss der Nachricht eine zusätzliche digitale Signatur mittels Masked-Authenticated-Messagings (MAM) hinzugefügt werden, dies verbessert den ursprünglichen PoC und macht ihn sicherer.

Andreas Baumgartner von der TU-chemnitz hat MAM mittlerweile erfolgreich im Code implementiert, nachzulesen in seinem Blog (mit Video), unterm Strich bleibt festzuhalten, es funktioniert.