LoRaWAN®
LoRaWAN® – kurz für Long Range Wide Area Network – beschreibt die Netzwerkstruktur und das verwendete Protokoll, um eine standardisierte Kommunikation zwischen Netzwerkteilnehmern zu gewährleisten. LoRaWAN® gewährleistet den herstellerunabhängigen Einsatz von Lösungen innerhalb eines Netzwerkes oder über verschiedene Netzwerke hinweg und ermöglicht die einfache Integration neuer Lösungen in bestehende Infrastrukturen.
LoRa®
LoRa® bezeichnet die für die Datenübertragung verwendete Funktechnologie, also die grundlegende Art der Kommunikation. Ein spezielles Modulationsverfahren für die Übertragung von Informationen sorgt für eine problemlose Kommunikation und schützt vor Störungen, die in anderen Systemen – z.B. durch gleichzeitig sendende Sensoren – auftreten können.
Basisinformationen:
Ursprünglich für das Internet of Things (IoT) entwickelt, wird die Funktechnologie LoRaWAN® zunehmend auch von Städten, Kommunen, Liegenschaftsverwaltern und Energieversorgern vorangetrieben. Auch in Smart Cities spielt sie eine wichtige Rolle. Als Alternative zu anderen Funksystemen wie z.B. Zigbee oder Bluetooth® bietet sich LoRaWAN® vor allem dort als leistungsstarke Lösung an, wo große Reichweiten und hohe Wirtschaftlichkeit wesentlich sind.
Die Anwendungsbereiche von LoRaWAN® in Gebäudeautomation und Monitoring sind vielseitig. Insbesondere für weniger zeitkritische Anwendungen wie Temperatur- oder Feuchtigkeitsmessungen ist LoRaWAN® jedoch eine ausgesprochen leistungsstarke Lösung. Aus Betreibersicht überzeugend sind die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards durch eine doppelt verschlüsselte Datenübertragung sowie die Möglichkeit zur europaweiten Nutzung ohne Anfallen von Lizenzkosten. Das LoRaWAN®-Produktportfolio von Thermokon bietet die Flexibilität, zwischen batteriebetriebenen und kabelgebundenen Sensoren mit analogen Signalausgängen und LoRaWAN®-Schnittstelle zu wählen. Im Batteriebetrieb sorgt die hohe Energieeffizienz der Sensoren für einen äußerst wartungsarmen Betrieb über viele Jahre.
Dass LoRaWAN® weltweit starken Zuspruch findet, liegt in den vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und Chancen dieser in der Gebäudeautomation noch recht jungen Technologie begründet. So bietet LoRaWAN® nicht nur enorme Einsparpotenziale durch seine geringen Kosten für den Netzwerkaufbau, sondern leistet darüber hinaus einen maßgeblichen Beitrag zur kosteneffizienten Nutzung in zahlreichen Anwendungsgebieten.
Neben der klassischen Integration von Sensoren in die Regelung von bspw. Lüftungsanlagen bietet die LoRaWAN®-Schnittstelle die Möglichkeit, Livedaten unabhängig von Automatisierungssystemen in eine Cloud zu senden, bspw. als Datengrundlage für vorbeugende Wartung.
Funktionsprinzip:
Ein LoRaWAN®-Netzwerk basiert auf einer mehrstufigen Architektur, bei dem Sensoren, Aktoren, Gateways, Netzwerk- und Applikationsserver sowie gegebenenfalls Konverter zusammenwirken, um Sensordaten effizient zu erfassen, zu übertragen, zu verarbeiten und in bestehende Systeme wie IoT-Plattformen oder die Gebäudeleittechnik (GLT) zu integrieren.
Schritt 1 – Sensoren und Aktoren (Endgeräte):
Sind z. B. LoRaWAN® Sensoren, die Messwerte erfassen und AES128 verschlüsselt an ein Gateway senden.
Schritt 2 – Gateways:
Empfangen die Daten der verschiedenen Endgeräte und geben diese (noch immer verschlüsselt) an den Netzwerkserver (Standard-IP-Verbindung) weiter. Jedes Gateway gibt alle empfangenen Daten an den Netzwerkserver weiter. So können einige hundert bis ca. 1.000 Funksensoren über ein Gateway angebunden werden. Um flächenmäßig größere Bereiche abdecken zu können werden mehrere Gateways mit dem gleichen Netzwerkserver verbunden.
Cloud-Konnektivität
Integration in IoT-Plattformen über Netzwerk- und Applikationsserver.
Schritt 3 – Netzwerk-/Applikationsserver:
Der zentrale LoRaWAN®-Netzwerkserver sammelt die von den Gateways empfangenen Daten und leitet sie zur weiteren Verarbeitung weiter. Doppelte Datenpakete werden herausgefiltert. Anschließend entschlüsselt der Netzwerkserver die Daten und übermittelt sie an den jeweiligen Applikationsserver.
Der Applikationsserver verarbeitet und dekodiert die Daten anwendungsspezifisch, um deren Integration in externe Systeme wie cloudbasierte IoT-Plattformen, Datenbanken oder Benutzeroberflächen zu ermöglichen. Dabei werden die Rohdaten der Sensoren in verwertbare Informationen übersetzt, gemäß definierter Geschäftsregeln aufbereitet und zur weiteren Nutzung bereitgestellt.
Schritt 4 – Applikation:
Auf Applikationsebene werden die verarbeiteten Daten genutzt, um Entscheidungen zu treffen, Abläufe zu optimieren und die Nutzererfahrung zu verbessern. Anwendungen visualisieren die Daten in Dashboards, ermöglichen vorausschauende Analysen oder lassen sich in Drittanbieter-IoT-Plattformen integrieren. Solche Plattformen bieten wertvolle Einblicke, automatisieren Workflows oder lösen Benachrichtigungen aus.
Integration in die Gebäudeleittechnik (GLT)
Protokollumwandlung und Integration in die (bestehende) GLT.
Schritt 3 – Konverter:
Der Konverter vereint Netzwerk- und Applikationsserver in einem Gerät und übernimmt zusätzlich die Protokollumwandlung. Er wandelt LoRaWAN®-Daten direkt in Protokolle wie Modbus TCP/IP und BACnet/IP um, was eine nahtlose Integration in die Gebäudeleittechnik (GLT) ermöglicht.
Externe LoRaWAN®-Gateways fungieren als Funkempfänger und können zur effizienten Datenübertragung an den Konverter angeschlossen werden.
Schritt 4 – Integration in GLT:
Auf dieser Ebene werden die konvertierten Daten zur Überwachung, Automatisierung und Optimierung von Gebäudefunktionen genutzt. Das System ermöglicht die Visualisierung, prädiktive Wartung und automatisierte Steuerung von HLK, Beleuchtung und weiterer Infrastruktur.
Durch die direkte Integration in die GLT über gängige Protokolle der Gebäudeautomation wie Modbus TCP/IP und BACnet/IP verbessert die Lösung die Effizienz, die Nachhaltigkeit sowie die betrieblichen Einblicke und gewährleistet zugleich eine nahtlose Interoperabilität in modernen (smarten) IoT-Umgebungen.
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