Long Range Wide Area Network
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzprotokoll auf der Ebene der Vermittlungsschicht (englisch network layer) und basiert auf der LoRa-Übertragungsverfahren. Die LoRaWAN-Spezifikationen werden von der LoRa Alliance festgelegt. Sie sind frei verfügbar und Software-Grundmodule sind als Open-Source-Software verfügbar.
Die LoRa-Funktechnik ist ein Produkt der Semtech Corporation, die Begriffe LoRa und LoRaWAN sind geschützte Marken von Semtech.
Aufbau
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
- 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
LoRaWAN ist asymmetrisch und auf Energieeffizienz für Reichweiten über 10 km für die Uplink-Kommunikation (also das Senden vom Endgerät an das Netz) mit niedrigen Datenübertragungsraten ausgerichtet. Die Datenübertragungsrate reicht von 292 bit/s bis 50 kbit/s. Damit die genutzten Funkbereiche nicht überlastet werden, sollen Lora-Nodes (Endgeräte) möglichst nicht mehr als eine Nachricht pro ca. 5 min senden. Damit ist der Einsatz für Echtzeitanwendungen limitiert. 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 englisch Low Power Wide Area Networks. Die Datentransferrate zum Endgerät kann durch den LoRaWAN-Netzserver je nach Bedarf angepasst werden (ADR = Adaptive Data Rate).
LoRaWAN nutzt regional unterschiedliche Frequenzbereiche im ISM- und im SRD-Band, darunter in Europa das Frequenzband von 433,05 MHz bis 434,79 MHz (ISM-Band ITU-Region 1) und von 863 MHz bis 870 MHz (SRD-Band Europa). In Nordamerika ist das Frequenzband von 902 MHz bis 928 MHz (ISM-Band ITU-Region 2) freigegeben.
Die Reichweiten erstrecken sich von 2 km in Stadtgebieten bis zu 40 km in ländlichen Gebieten. Ein großer Vorteil ist die Durchdringung von Gebäuden, 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 einigen Jahren.
LoRa Alliance
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.
Literatur
- 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
- 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
- ↑ LoRa vs. LoRaWAN: Unterschiede einfach erklärt | GIS. In: GIS Gesellschaft für Informatik und Steuerungstechnik mbH. 25. Juni 2025, abgerufen am 28. März 2026 (deutsch).
- ↑ Michael Eckstein: LoRa-IoT-Software wird Open-Source – zumindest teilweise. Elektronikpraxis, 3. Mai 2019, abgerufen am 26. Mai 2019.
- ↑ New ABI Research White Paper Highlights Growth of LoRa and the LoRaWAN Open Protocol. In: Semtech. Semtech Corporation, abgerufen am 12. Februar 2021 (englisch).
- ↑ Limitations, auf thethingsnetwork.org
- ↑ https://docs.wixstatic.com/ugd/eccc1a_ed71ea1cd969417493c74e4a13c55685.pdf LoRa Alliance - What is LoRaWAN
- ↑ https://docs.wixstatic.com/ugd/eccc1a_20fe760334f84a9788c5b11820281bd0.pdf LoRa Alliance - LoRaWAN 101 – A Technical Introduction
- ↑ LoRa Alliance. In: LoRa Alliance. LoRa Alliance, abgerufen am 12. Februar 2021 (englisch).