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0G-Netz LoRaWAN: Sensordaten über große Distanzen verschicken

Während der Ausbau von 5G noch in Planung ist, sind andere Funknetze schon weiter: Mit LoRaWAN entstehen Netze für Sensordaten, bei denen jeder mitmachen kann.

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(Bild: heise online/vbr)

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In der Diskussion um Funknetze für die Zukunft geht es aktuell vor allem um 5G. Netzbetreiber und Industriekunden betonen, wie wichtig es sein wird, hohe Datenraten mit niedriger Latenz überall per Funk übertragen zu können. Zugleich kündigten große Unternehmen wie Volkswagen, lokale 5G-Campus-Netze auf den Werksgeländen zu betreiben. Für solche kleinen 5G-Netze sind eigene Frequenzblöcke vorgesehen, die nicht versteigert werden.

Auf der anderen Seite entstehen gerade in ganz Europa Funknetze, bei denen es nicht darauf ankommt, große Datenmengen zu befördern. Sie werden zur Abgrenzung gern als 0G-Netze bezeichnet und sind vor allem für die Übertragung von Sensor- und Positionsdaten gedacht – also Nachrichten von wenigen Byte. Interessant sind sie für "Smart City" oder "Smart Farming": zum Beispiel für Parksensoren in der Stadt oder Temperaturfühler auf dem Acker. Die Anforderungen sind hier hohe Reichweite bei geringem Stromverbrauch, vor allem, wenn die Sensoren mit Akkus betrieben werden.

Zwei Ansätze sind momentan in Deutschland zu finden. Beide nutzen den zuteilungsfreien Frequenzbereich bei 868 MHz, auf dem jeder unter bestimmten Voraussetzungen funken darf. Der kommerzielle Anbieter Sigfox betreibt ein Netzwerk aus Empfangsstationen und nimmt vom Hersteller pro Endgerät, das Nachrichten verschicken möchte, einen jährlichen Betrag von etwa 5 Euro. Begonnen hat Sigfox in Frankreich, mittlerweile sind auch große Teile Deutschlands bereits abgedeckt. Anfang des Jahres veröffentlichte Sigfox die Spezifikation des Netzwerks.

Die Alternative zum Netz mit zentralem Netzbetreiber, der Antennen aufbaut und Server im Hintergrund betreibt, heißt LoRaWAN. Auf der Übertragungsschicht kommt das Funkprotokoll LoRa europaweit bei 868 MHz zum Einsatz. Wer nur in einem beschränkten Bereich ein Funknetzwerk aufbauen muss, kann Gateways und Server für LoRaWAN selbst betreiben; für den Server gibt es Open-Source-Implementierungen.

Möchte man Sensoren dagegen an einer beliebigen Stelle einsetzen, kann man sich am Community-basierten Netzwerk The Things Network (TTN) beteiligen. Wer in einer noch nicht abgedeckten Region Empfang benötigt, baut ein Gateway auf, das die Frequenzen um 868 MHz abhört und über das Internet mit den Servern von TTN spricht. Kommt eine Nachricht von einem Sensor bei einer oder mehreren Antennen an, werden sie über das Internet weitergeleitet und der Entwickler des Sensors kann sie auslesen. Über Schnittstellen wie MQTT oder HTTP landen sie dann in der eigenen Anwendung zur Auswertung.

Die Initiative TTN stammt aus den Niederlanden, wo die Abdeckung nahezu flächendeckend ist. In Deutschland gibt es vor allem in großen Städeten aktive Communities, die Gateways betreiben. Wie LoRaWAN im Detail funktioniert, wie die Sicherheit und Integrität der Nachrichten sichergestellt wird, haben wir in Ausgabe 10/2019 der c't im Artikel "Langstreckenfunk" vorgestellt. Er beschreibt auch, wie man sich selbst an The Things Network beteiligt oder eigene Sensoren verbindet. (jam)