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Infrastruktur des LoRaWAN-Netzes

19.10.2021, WSW Digital

Eine LoRaWAN-Infrastruktur aufzubauen ist in der Theorie recht einfach. Dazu muss ein Gateway beschafft und montiert werden und in ein Netzwerk eingebunden werden. Fertig ist ein eigenes Netz.

 

Doch was für ein paar Einzelsensoren im Garten ausreicht, ist für ein stadtweites Netz, was gewisse Anforderungen an Qualität, Stabilität und Kapazität mit sich bringt, nicht geeignet. Aus diesem Grund möchten wir euch in diesem Blogbeitrag einmal aufzeigen, was zu einem Betrieb einer LoRaWAN-Infrastruktur gehört und wie wir diese ständig optimieren und verbessern wollen, um allen Anwendern eine zuverlässige Nutzung zu ermöglichen. Hierbei werden wir uns in diesem Beitrag vor allem auf die Gateways fokussieren. 

Gateway: Standortidentifizierung und Montage

Die Straßenbeleuchtung kann als Träger von weiteren Infrastrukturen eine wichtiger Baustein für die Entwicklung zur Smart City sein und damit einen großen Beitrag zur digitalen Vernetzung von Wuppertal leisten. Dies können zum Beispiel physische Infrastrukturen wie LoRaWAN und WLAN sein, deren Router und Gateways an dem Mast befestigt werden und die dort vorhandene Spannungsversorgung nutzen können. Damit kann eine flächendeckende Abdeckung auch im städtischen Raum ermöglicht werden.

Daneben hat der Mast auch noch deutlich mehr Fläche, der für weitere Sensorik verwendet werden kann. So werden verschiedene Masten in Schöller-Dornap mit Wetter- und Umweltstationen sowie Verkehrssensorik ausgestattet.

Ein Gateway wird nicht aus einem Selbstzweck heraus errichtet, sondern immer unter dem Bedarf der Erweiterung der Netzabdeckung. Ob also für die Umsetzung eines neuen Anwendungsfalls ein weiteres Gateway notwendig ist, klärt sich immer über den Abgleich aus bestehender Netzabdeckung mit dem Anwendungsort. Dies kann über eine theoretische Ausleuchtung oder praktischen Ausleuchtungstest vor Ort geprüft werden. Ist dieser positiv, kann der entsprechende Sensor Daten senden und empfangen. Gibt es kein Signal, muss ein weiteres Gateway zugebaut werden. 

Hierzu werden dann in dem auszuleuchtenden Gebiet mögliche Standorte geprüft. Dabei werden zunächst WSW-Liegenschaften gescannt. Sollte es keine geeignete Lösung geben, wird nach Alternativen Ausschau gehalten und entsprechende Gespräche mit den Eigentümern geführt. Wichtig bei der Gateway-Installation sind dann die Frage der Spannungsversorgung und Datenanbindung sowie die Erreichbarkeit zur Montage und Entstörung. Sind all diese Fragestellung zufriedenstellend geklärt, wird ein neues Gateway parametriert und montiert und trägt ab diesem Moment zur Erweiterung der Abdeckung in und um Wuppertal bei.

Gateway: Betrieb und Monitoring

Von jetzt an müssen die installierten Gateways natürlich auch überwacht werden, um bei Problemen und Störungen zeitnah reagieren zu können. Hierzu gibt es ein eigenes Gatewaymanagementsystem, welches die Gateways im Auge hat und Störungen mit Unterstützung der Fachbereiche dann gezielt beseitigt. Darüber hinaus wird das Netzwerk kontinuierlich optimiert. 

 

Gateway: Optimierung

Die Optimierung der Infrastruktur kann auf mehreren Ebenen erfolgen. Das kann zum einen eine Optimierung in Hinblick auf einen effizienteren Betrieb und Entstörung sein. Aber auch die Anpassung der Gateways an Anforderungen aus neuen Anwendungsfällen. 

Wie bei fast allen modernen technischen Geräten kann es vorkommen, dass ein Gateway keine Daten mehr überträgt und es spannungsfrei und neu gestartet werden muss. Hierzu muss zumeist ein Elektriker den Standort anfahren und da die Gateways dann auch recht hoch hängen, ist diese Entstörung des Öfteren mit etwas Aufwand verbunden. Deshalb wird aktuell eine Art „fernschaltbare Steckdose“ entwickelt, die es aus der Ferne ermöglich, das Gateway für einen bestimmten Zeitraum spannungsfrei zu setzen und dann neu zu starten. Dadurch lässt sich ein Großteil der Störungen effizient vom PC aus beheben. 

Eine weitere, aktuell betrachtete Erweiterung, soll das Anwendungsgebiet der LoRaWAN-Gateways erhöhen. So wird aktuell geprüft, wie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) dafür sorgen könnte, dass die Gateways auch im Szenario eines Stromausfalls weiterhin Daten übertragen können (z.B. Stromabschaltung beim Hochwasser). 

Unterschied zu freien LoRaWAN-Infrastrukturen

Natürlich gibt es auch frei zugängliche LoRaWAN-Netze (u.a. The Things Stack [TTS]), ehemals The Things Network (TTN), in der jeder ein Gateway einbinden und betreiben kann. Diese nehmen eine wichtige Rolle in der Etablierung und Bekanntmachung der Technologien und der Erprobung erster Anwendungsfälle ein. Wenn es dann aber in einen regulären Betrieb mit einer hohen Anzahl an Gateways und die Umsetzung von vielen Anwendungsfällen mit vielen Sensoren geht, kommt dieser dezentrale Ansatz schnell an seine Grenzen. Insbesondere das Thema langfristiger Betrieb und Optimierung der Infrastrukturen sowie Instandhaltung eben dieser kann langfristig nicht garantiert werden. 

So haben beide Netze ihre Begründung und Rechtfertigung, können sehr gut nebeneinander existieren und sich gegebenenfalls auch ergänzen, denn beide verfolgen ein Ziel: LoRaWAN und seine Vorteile bekannt zu machen und den Anwendern ein Werkzeug zur Umsetzung ihrer Anwendungsfälle an die Hand zu geben, um Zustände über Daten transparent zu machen und auf Datenbasis Entscheidungen treffen zu können.

Ein Vorteil bei der Nutzung der eigenen LoRaWAN Infrastruktur liegt darin, dass die Datenhoheit vom Sensor bis hin zum Backend in der eigenen Hand liegen. Darunter fallen auch die Verschlüsselungs-Keys der LoRaWAN Endgeräte.

Das ist bei weniger sensiblen Temperatur- & Luftfeuchtedaten eventuell nicht ganz so kritisch zu sehen, wird allerdings bei der Steuerung von z.B. einer öffentlichen Beleuchtung zu einem wichtigen Punkt. Hier muss ebenfalls die Erreichbarkeit des LoRaWAN Servers zu jedem Zeitpunkt sichergestellt sein. In den meisten Fällen wird ein Serverupdate immer dann durchgeführt, wenn es grade überhaupt nicht passt und man auf das System angewiesen ist.

Kommentare

  • Achim Oellingrath-Mohrhenn 23.10.2021 10:53 Uhr

    Liebe Stadtwerke,
    ich besitze eine einfache Wetterstation die über das öffentliche Internet in das weltweite Wetteruntergrund Netz einspeist. Die Nutzung des öffentlichen Netzes halte ich für eine bessere Idee, als den Aufbau eines lokalen Gateway Systems. Der Router der Wetterstation könnte auch die Daten an einen Server der WSW senden, wenn man an den Daten interessiert wäre. Wenn man dann statt einer billigen chinesischen Sensoreinheit eine geeichte Station der WSW einbinden könnte, würde die WSW auf viel einfachere Weise flächendeckend stadtübergreifende Daten erhalten, als mit dem mühseligen Aufbau und Pflege einer eigenen Infrastruktur! Ich wäre sofort gerne dabei! Ich habe ein Eigeninteresse das mein Netz stabil läuft!
    Mit freundlichen Grüßen
    Achim Oellingrath Mohrhenn

    Antworten
    • Wuppertaler Stadtwerke 28.10.2021 00:00 Uhr

      Lieber Herr Oellingrath-Mohrhenn,

      vielen Dank für Ihren Beitrag. Die Erfassung lokaler Wetterereignisse ist gerade in einer Stadt wie Wuppertal sehr spannend. Wir betreiben auch schon einige Wetterstationen, die ihre Informationen über unsere StadtApp Bliggit (www.bliggit.de) stadtteilbezogen zur Verfügung stellen. Gern schauen wir uns aber weitere Standorte an, die vielleicht bisher noch nicht im Fokus standen. Dazu ist der Übertragungsweg auch nicht erheblich. Das LoRaWAN-Netz ist ja vor allem für andere Anwendungsfälle geschaffen worden (https://www.wsw-online.de/wsw-digital/pilotprojekte/). Wenn Sie mögen, schicken Sie uns gern eine Mail mit dem Standort Ihrer Wetterstation an unsere Emailadresse (wsw-digital@wsw-online.de) und wir melden uns.

      Herzliche Grüße
      Ihre Wuppertaler Stadtwerke

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