LoRaWAN: Ein Netzwerk für die Smart City

LoRaWAN: Ein Netzwerk für die Smart City

Das junge Netzwerkprotokoll LoRaWAN kann kleine Datenmengen über weite Strecken übertragen - ideal, um freie Parkplätze zu finden oder Zähler auszulesen. Ein nächster Schritt in Richtung Smart City.

Digitalisierung | Von Angela Schmid

Regelmäßig müssen Monteure der Energieversorger in Schächte klettern, um dort Wasserzähler auszulesen. Mühsam werden Gullydeckel aufgestemmt und das Areal abgesperrt, bevor sich die Abwasserspezialisten in die engen Schächte quälen. Eine zeitaufwändige Arbeit.

"Fünf Schächte schaffen zwei Männer an einem Tag  - nur um Werte auszulesen", erzählt Lea Treick. Die Projektleitern der badenova will das ändern. Die Idee ist einfach, kostengünstig und neu: LoRaWAN. Das Long Range Wide Area Network wurde erst 2014 entwickelt und ist in Deutschland bisher eher unbekannt. Vorreiter-Länder sind die Niederlande, die Schweiz und Frankreich, wo das Netz von Telekommunikationsanbietern flächendeckend ausgebaut und eingesetzt wird.

Mit Sensoren ausgestattet, werden aus den Abwassersystemen des Energieversorgers aus Freiburg Daten wie Wassermenge, Druck, Fließgeschwindigkeit und Temperatur permanent übermittelt. Anstatt wie bisher, diese ein Mal im Jahr abzulesen. Es können auch Schächte und Kanälen überwacht werden, die mit Wasser oder Gasen gefüllt sind. "Das ist wie All-Inclusive", freut sich Lea Treick.

Ein sicheres und störungsarmes Netz

LoRaWAN ist konzipiert für große öffentliche Netze mit einem einzigen Betreiber. Entwickelt wurde das Funkübertragungsverfahren vom US-Unternehmen Semtech gemeinsam mit Actility und IBM Research in Zürich für das kabellose Internet der Dinge und steht inzwischen unter der Obhut der LoRa Alliance. Die Funkverbindung hat den Ruf, besonders sicher zu sein. Ein spezielles Modulationsverfahren macht sie zudem besonders robust und unempfindlich gegenüber Interferenzen.

Das Einsatzspektrum ist breit: So kann es auch als Hochwasser-Frühwarnsystem eingesetzt werden. Denn das System kann Daten über große Entfernungen oder tief aus dem Keller übertragen. "Bei LoRaWAN kann die Basisstation 15 Kilometer vom Sender entfernt sein", erklärt Treick das Potenzial. Dabei gilt: Je höher die Basisstation, je größer die Reichweite.

Trotz großer Reichweiten verbrauchen die Sensoren und Basisstationen sehr wenig Energie. Denn  LoRaWAN ist nur aktiv, wenn es gebraucht wird – dazwischen fällt es in eine Art Schlafmodus. Bis zu drei Jahre würde ein Sensor halten, wenn er 15-Minuten-Werte übermittelt, erklärt die Projektleiterin.

Andere Netze wie LTE senden ununterbrochen. Das kostet viel Energie. Die Batterien müssten ständig ausgetauscht oder eine direkte Stromanbindung geschaffen werden.  Falls er überhaupt ein Netz findet. Der LoRaWAN-Sensor sendet zudem Batteriezustand und Empfangsstärke gleich mit, sodass das gesamte Gesamtnetzwerk leicht überwacht werden kann.   

20.000 Sensoren in Freiburg

"Wir können 1000 Sensoren an eine Basisstation anbinden, damit reichen für ganz Freiburg 20 gut positionierte Basisstationen", erklärt Treick. Das sei ein geringer Hardwareaufwand. Dafür können allerdings keine Video- und Sprachnachrichten übermittelt werden. Bei LoRaWAN gibt es keinen  Schnickschnack –  Maximum sind 50 Kilobits pro Sekunde. Das reicht nicht für Netflix, aber für neue Smart-City-Möglichkeiten.

Wohnungsbaugesellschaften oder Besitzer von Mietshäusern können darüber zum Beispiel die kompletten Daten für die Betriebskostenabrechnung einsammeln. Oder Füllstände von Mülltonnen, Glascontainern oder Papiertonnen melden, sodass die Abfuhr gezielt und effizient organisiert werden kann. Anwendungen sind auch beim Parkraummanagement denkbar. Ein Sensor teilt verlässlich mit, ob ein Parkplatz besetzt oder frei ist. Das nervige Suchen entfällt.

Dem Energieversorger ermöglicht dies völlig neue Möglichkeiten der digitalen Erfassung, Übermittlung und Auswertung von Daten, die für Städte der Zukunft eine Schlüsselrolle spielen. Unter dem geschützten Markennamen "I-NOVA" hat badenova das  Netz in Freiburg eingerichtet und kann damit beliebig viele Geräte und Sensoren in das sogenannte Internet der Dinge (IoT) einbinden.

Vom Netz zum Zaun

I-NOVA arbeitet mit einem Netz von Basisstationen, sogenannten Gateways oder Konzentratoren. Sie sammeln die Daten aus ihrer Umgebung per Funk ein und geben sie dann verschlüsselt an einen zentralen Server weiter, wo sie ausgelesen werden können. Das Netz von insgesamt zwanzig Gateways wird von badenova auf eigenen Gebäuden und Anlagen im Stadtgebiet von Freiburg installiert, zum Beispiel auf Kaminen von Heizkraftwerken oder bei der Verbundwarte und anderen Immobilien.

Das System kann auch virtuelle Zäune errichten. Zum Beispiel um eine Baustelle mit wertvollem Werkzeug oder um ein Lager mit teuren Materialien. Der Sensor gibt sofort Alarm, wenn sich etwas bewegt oder von der Baustelle entfernt wird. Im Englischen gibt es dafür schon eine Fachbezeichnung: Geofencing. Der Sensor ermittelt die Daten zum Besitzer übermittelt und kann auch zeigen, wo sich sein Fahrrad befindet. Was das Leben von Fahrraddiebe schwer macht.

In Freiburg hat sich auch für die private Nutzung eine LoRaWAN- TTN Community gebildet. Die "The Things Network" Community ist eine Gruppe aus Programmierern, Bastlern und Studenten, die die neue Funktechnik voranbringen will.  Bereits jetzt nutzen Freiburger das System, für Wetterstationen oder zur Messung von Feinstaub.

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