LoRaWAN

Die IoT-Infrastruktur zur Umsetzung von Smart City-Anwendungsfällen

Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN bedeutet „Long Range Wide Area Network“. Diese Schmalbandtechnologie ist ein besonders energieeffizientes Funknetz und ermöglicht ein energieeffizientes Senden von Daten über lange Strecken. Mit LoRaWAN ist es möglich, mehrere hundert Sensoren innerhalb eines Netzwerkes zu verwalten und Sensordaten zu verarbeiten. LoRaWAN wurde   speziell für das Internet of things (IoT) und Industrial Internet of Things (IoT) entwickelt. Unter IoT versteht man die Vernetzung von Gegenständen aus unserem Alltag und in der Industrie. Damit sind Geräte oder Maschinen gemeint, die in der digitalen Transformation neue Möglichkeiten zur Nutzung bieten.

Vorteile von LoRaWAN:

  • Große Reichweite mit optimaler Durchdringung von Gebäuden auch wenn Sensoren sich im Kellerräumen oder hinter Betonwänden befinden 
  • Energieeffizient durch die langen Batterielaufzeiten der Sensoren und den geringen Energieverbrauch bei der Datenübertragung
  • Ein sicheres Funknetz, da die Daten Ende-zu-Ende- verschlüsselt werden
  • Kostengünstig aufgrund der niedrigen Wartungs- und Betriebskosten
  • Flexibilität und einfache Erweiterung
  • Weitgefächerte Anwendungsmöglichkeiten

Steuerung der Straßenbeleuchtung über LoRaWAN

Wie funktioniert LoRaWAN?

Elemente des LoRaWAN-Netzwerks

Ein LoRaWAN-Netzwerk besteht aus Sensoren, Gateways und einem Lora-Netzwerkserver. Die Aufgaben dieser Bestandteile sind:

  • Sensoren: Erfassung von Messwerten und Übertragung dieser Daten an die Gateways sowie Empfangen von Befehlen
  • Gateways: Weiterleitung der erfassten Daten an den Lora-Netzwerkserver und der Befehle vom LoRa-Netzwerkserver an den LoRa-Controller in den Sensoren
  • Lora-Netzwerkserver: Verarbeitung der Daten, Ermöglichung von Analysen in entsprechenden Anwendungen und Verwaltung der Geräte

So funktioniert LoRaWAN anhand eines Beispiels - Steuerung der Straßenbeleuchtung

Mit LoRaWAN lässt sich die Straßenbeleuchtung in Wuppertal modernisieren und optimieren. Denn heute erfolgt die Steuerung der Straßenbeleuchtung in Wuppertal über die sogenannte Tonfrequenzrundsteuerung. Im Rahmen eines Pilotprojekt im Quartier Schöller-Dornap möchten wir die Steuerung auf LoRaWAN umstellen.

Die Steuerung über LoRaWAN erfolgt technisch dann wie folgt: 

  • Über eine Anwendung können wir den Befehl zum Anschalten der Beleuchtung an den LoRa Network Server senden. 
  • Der Befehl wird dann von dem Server an das für die Beleuchtung zuständige LoRaWAN-Gateway versandt und von dort in die Fläche verteilt. 
  • Damit erhält dann der entsprechende LoRa-Controller sein Signal und schaltet das Relais und damit die Leuchte an. 

Hier gibt es zwei Varianten der Steuerung, je nachdem, wo sich der jeweilige LoRa-Controller befindet:

  • Strangsteuerung: Der LoRa-Controller befindet sich im Verteilerschrank. Nach Erhalt des Signals werden mehrere Leuchten in einem Strang geschaltet.

 

  • Einzelsteuerung: Der LoRa-Controller befindet sich auf der Leuchte. So lassen sich die einzelnen Leuchten individuell ansteuern.

Der große Vorteil gegenüber die Tonfrequenzrundsteuerung ist, dass wir durch die Steuerung der Straßenbeleuchtung über LoRaWAN einen Rückkanal weiterführende Informationen zum Stromnetz, wie z.B. die anliegende Spannung oder auch die Leistung bekommen. Dadurch können wir Rückschlüsse ziehen, ob die Leuchte ihren normalen Betrieb aufgenommen hat oder defekt ist, was z. B. die proaktive Wartung ermöglicht.