Für LPWAN Einsteiger – vom Sensor bis zur Cloud

LPWAN ganz einfach. Ein Sensor, mit Laufzeiten über 3 Jahren, erfasst physikalische Parameter, wie z.B. Distanz oder Temperatur etc. und sendet die Messwerte in eine Cloud. Die gemessenen Werte erscheinen dann an Ihrem Bildschirm.

Grundsätzlich steht LPWAN für Low Power Wide Area Network und bezeichnet ein Sensornetz, in dem mehrere Sensoren in einem Netzwerk agieren – ähnlich wie mehrere Computer oder Geräte in einem WLAN oder LAN eingebunden sind. Der große Unterschied liegt bei LPWAN Anwendungen in der Energieeffizienz der Geräte (wie der Name Low Power bereits vermuten lässt). Im Gegensatz zu anderen Netzwerken, wie z.b. WLAN, eigenen sich LPWAN Netze nicht zum versenden großer Datenmengen, sondern die Senderate ist begrenzt. Dafür sind wesentlich größere Reichweiten und sehr viel längere Batterielaufzeiten erreichbar.

Was sind jetzt LoRa® , NB-IoT und LTE-CAT-M1? Diese Begriffe bezeichnen grundsätzlich Kommunikationsstandards – ähnlich wie sich beispielsweise Bluetooth und WLAN unterscheiden. Diese LPWAN Technologien (LoRa® , NB-IoT und LTE-CAT-M1) nutzen niedrige Frequenzbänder, um große Reichweiten zu erzielen.

LoRa®:

Diese Technologie nutzt sogenannte Gateways um die Daten vom Sensor in das Internet zu übermitteln. Ein Gateway ist ähnlich einem WLAN Router im gewöhnlichen Haushalt. Ein Sensor sendet Informationen an das nächstgelegene Gateway, dieser übersetzt die Informationen und sendet die Daten über einen Netzwerk Server in das Internet, wo die Daten weiterverarbeitet werden können – analog zu dem, wie ein Smartphone mit einem Router kommuniziert. Das heißt im Umkehrschluss, wenn Sie den LoRa® Standard nutzen wollen benötigen Sie Gateways. Günstige Standorte sind hohe Gebäude. Wie viele Gateways Sie benötigen hängt von individuellen Gegebenheiten ab. Schätzungsweise sind mit LoRa® realistische Reichweiten von 2 km in urbanen Räumen bis zu 15 km im ländlichen Raum erreichbar. Das hängt  maßgeblich von den Standorten der Gateways und von der Antennenperformance der Sensoren ab.

NB-IoT:

Diese Technologie basiert auf dem bereits bestehenden Mobilfunknetz und nutzt Mobilfunkmasten als Gateways oder Router. Das heißt jeder Sensor besitzt eine spezielle Sim Karte von einem Mobilfunkanbieter. Bei einigen Anbietern ist das Datenvolumen bereits zu einem geringen Prepaidpreis für 10 Jahre reserviert. NB-IoT nutzt Frequenzbänder des LTE Spektrums und ist im Gegensatz zum LTE, das Sie vielleicht von Ihrem Smartphone kennen auf Energieeffizienz optimiert. Für NB-IoT brauchen Sie keine Infrastruktur in Form von Gateways, um Anwendungen umzusetzen. Sie können direkt einsteigen. Ob NB-IoT bei Ihnen verfügbar ist, zeigt z.B. diese Karte des Mobilfunkanbieters Telekom. Auch andere Anbieter kommen in Frage.

LTE-CAT-M1:

Keine Technologie ohne Konkurrenz. LTE-CAT-M1 nutzt, genauso wie NB-IoT, die bestehende Mobilfunkinfrastruktur als Gateways. Die beiden Technologien sind nicht in allen Ländern parallel verfügbar. Manche Länder setzen auf LTE-CAT-M1, andere auf NB-IoT, manche auf beide Standards. Was sich mittel- und langfristig durchsetzt, wissen wir nicht. Es kann gut sein, dass die drei aufgeführten Technologien koexistieren, da diese sich doch in Details unterscheiden.

Was ist der Unterschied:

LoRa® ist die energiesparendste Technologie, d.h. bei gleicher Anzahl von Sendungen am Tag hält die Batterie am längsten. Dafür lassen sich viel kleinere Datenmengen übertragen. NB-IoT und LTE-CAT-M1 verbrauchen mehr Strom, jedoch können größere Datenmengen übertragen werden. Das bedeutet trotzdem, dass ein Übertragen von großen Datenmengen, wie zum Beispiel ein Video, zumindest bei energieautarken Anwendungen, nicht möglich ist.

Ein einfaches Beispiel. Manche Kommunen müssen regelmäßig Grundwassermessungen durchführen. Dafür müssen Mitarbeiter spezielle Punkte anfahren, den Pegel messen, dokumentieren und ablegen. Dieser Vorgang kostet nicht nur Geld, sondern es kann auch zu Informationsverlust kommen. Mit einem energieautarken Sensor kann der Grundwasserpegel „ständig“ überwacht werden. Der Sensor ist wartungsfrei und je nach Sendeintervall 3 bis 5 Jahre haltbar. Unsere Sensoren können beispielsweise bei 5 Jahren Laufzeit 12 Mal am Tag den aktuellen Pegel senden und 24 Mal messen. Die Daten sehen Sie ganz einfach an Ihrem Bildschirm. Zusätzlich können die Daten automatisch exportiert und abgelegt werden. Außerdem kann beim Überschreiten von voreingestellten Pegelgrenzwerten, die Mess- und Senderate erhöht und zusätzlich ein Alarm beispielsweise über Mail oder Push Nachricht übermittelt werden. Natürlich werden auch Historiendaten in Form von Verlaufsgrafen übersichtlich am Bildschirm angezeigt. Das sind die Basisfunktionen einer Webanwendung. Weitere spannende Anwendungen finden Sie hier.

Eine gute Frage und technisch komplexe Angelegenheit, um die Sie sich – zum Glück – nicht kümmern brauchen. Sie können einfach von der fertigen Anwendung profitieren. Wir wollen Sie aber auch nicht im Dunkeln lassen. Hier der grundsätzliche Ablauf:

Der Sensor erfasst die Daten (er misst), verarbeitet diese und sendet die Daten an das Gateway oder Mobilfunkmast. Dort werden die Daten in das „Internet“ weitergeleitet. Die Daten wandern also in eine Cloud. Hier werden diese gespeichert und weiterverarbeitet und können dann in einer Webanwendung „sichtbar“ gemacht werden. Das ist dann die grafische Darstellung der Daten, die Sie auf dem Bildschirm sehen. Unsere Webanwendung läuft in der Cloud bzw. auf einem Server (wie ein Computer, nur eben nicht bei Ihnen, sondern an unserem Serverstandort in Deutschland). Das bedeutet, um unsere Webanwendung zu nutzen, müssen Sie kein Programm installieren und wir müssen im Normalfall nicht in Ihre Netzwerkinfrastruktur eingreifen. Die Anwendung ist eine Browseranwendung. Sie können ganz einfach mit einem Endgerät Ihrer Wahl (Smartphone, Tab, PC etc.) auf die Anwendung zugreifen. Hier mehr Informationen zur kommunalen Cloudlösung.

Wir kümmern uns darum, dass diese gesamte Kette funktioniert – vom Sensor bis zur Cloudlösung und Webanwendung – unkompliziert aus einer Hand. Wir gehen gerne auf weitere Fragen ein. Kontaktieren Sie uns.