LoRaWAN kommt in über 100 Ländern zum Einsatz, eignet sich unter anderem für LPWAN-basiertes IoT und bildet die Grundlage für rund 40 Prozent aller vorhandenen LPWAN-Verbindungen.

LoRaWAN kommt in über 100 Ländern zum Einsatz, eignet sich unter anderem für LPWAN-basiertes IoT und bildet die Grundlage für rund 40 Prozent aller vorhandenen LPWAN-Verbindungen. Semtech

Da das Internet der Dinge (IoT) weltweit immer mehr an Fahrt gewinnt, wird die Sicherheit der von diesen Anwendungen abgerufenen und gemeinsam genutzten Daten zu einem immer wichtigeren Thema. Es besteht eine reale Gefahr für Daten, die zwischen Parteien über das IoT übermittelt werden, und selbst wenn diese Daten nicht vertraulich sind, kann die bloße Unterbrechung ihrer Übermittlung ernsthafte negative Folgen haben. Natürlich ist der Datenschutz selbst ein wichtiges Thema, aber der unbefugte Zugriff auf Daten kann dazu führen, dass ein zu kontrollierendes System ausfällt – sei es die Überwachung der Temperatur oder Luftqualität in einem intelligenten Gebäude, die Warnung vor Rauchentwicklung, Bränden oder Kohlenmonoxid, die Überwachung des Umweltschutzes oder der Katastrophenschutz.

Ein Hauptproblem der meisten proprietären Techniken, die in Low-Power Wide-Area-Netzwerken (LPWANs) Verwendung finden, besteht darin, dass sie hinsichtlich der Verschlüsselung einfach nicht genug leisten. Eine zusätzliche Sicherheitsstufe wäre notwendig, um die Datensicherheit zu verbessern. Allerdings ist diese oftmals kostspielig, umständlich und energieaufwendig. Außerdem ist das vom IoT geforderte Maß an sicherer Datenübertragung in Hochleistungsnetzwerken mit hoher Bandbreite, die auf Mobilfunk, Bluetooth Low-Energy (BLE) oder WLAN basieren, einfach nicht möglich. 5G wird für die ernsthafte Bereitstellung von IoT-Daten noch eine Weile nicht zur Verfügung stehen. WLAN hat sich als unzureichend sicher und nicht in der Lage erwiesen, Daten über sehr große Entfernungen zu übertragen.

Sichere Daten über große Entfernungen bereitstellen

Eine alternative Lösung, die auf Systemen mit großer Reichweite basiert, bietet nachweislich den Grad an Verschlüsselung, der für ein sicheres IoT-Datenmanagement erforderlich ist. Bei LoRaWAN handelt es sich um ein LPWAN-Protokoll für das IoT, das kostengünstige, mobile und sichere bidirektionale Kommunikation für stromsparende Machine-to-Machine-(M2M-), Smart-City- und industrielle Anwendungen unterstützt. Sicherheit ist von Anfang an in die Spezifikation des Protokolls integriert. Die verschlüsselte End-to-End-Kommunikation basiert auf dem Advanced Encryption Standard (AES), der vom US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelt wurde.

Da Sicherheit ein wesentliches Element von LoRaWAN ist, eignet es sich beispielsweise für skalierbare IoT-Netzwerke. Im Gegensatz zu anderen IoT-basierten Techniken entspricht das Sicherheitsdesign des Protokolls dem Grundsatz, dass Sicherheit zukunftssicher sein muss, da sich Systeme über einen langen Zeitraum im Feldeinsatz befinden. Daher sind in der aktuellen Spezifikation des Protokolls Sicherheitseigenschaften verankert, die standardmäßig Algorithmen und durchgängige Sicherheit mit gegenseitiger Authentifizierung, Integritätsschutz und Vertraulichkeit verwenden. Durch die Vernetzung von IoT-Sensoren mit der Cloud sind Funknetze mit großer Reichweite in der Lage, Daten in Echtzeit zu übertragen und gleichzeitig Analysen für Unternehmen bereitzustellen, um die Produktivität und Effizienz zu steigern. Diese Netzwerke eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen eine sichere mobile und bidirektionale Kommunikation erforderlich ist.

Der Unterschied liegt darin, dass Funknetze mit großer Reichweite auf der CSS-Technik (Chirp Spread Spectrum) basieren, die Daten durch breitbandige lineare frequenzmodulierte Chirp-Impulse kodiert. Damit erzielt diese Technik eine viel größere Reichweite als die oben genannten Alternativen, arbeitet effizient und gleichzeitig mit einem niedrigen Stromverbrauch.

Die in über 100 Ländern eingesetzte Funktechnik eignet sich unter anderem für LPWAN-basiertes IoT und bildet die Grundlage für rund 40 Prozent aller vorhandenen LPWAN-Verbindungen. Dies liegt daran, dass Analyseplattformen, wie sie etwa in Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI) oder maschinellem Lernen zum Einsatz kommen, eine Datenvielfalt erfordern, die nur mit Sensoren möglich ist, die auf einer derartigen Technik mit großer Reichweite basieren.

Zu den weiteren Vorteilen dieser Open-Source-Kommunikation zählt die Möglichkeit, Daten über die Cloud über Entfernungen von bis zu 50 km in ländlichen Gebieten und 15 km in Städten auszutauschen – selbst wenn eine extrem dichte Bebauung vorliegt. Gleichzeitig sorgen vernetzte Geräte und Sensoren mit einer Batterielaufzeit von bis zu 10 Jahren für eine lange Lebensdauer. Weitere Merkmale sind eine zuverlässige Anbindung, ein geringer Stromverbrauch, eine einfache Bedienung, geringe Betriebskosten und einfache Skalierbarkeit.

Was ist Lorawan?

Bei LoRaWAN (Low Range Wide Area Network) handelt es sich um ein drahtloses Netzwerkprotokoll, das sich vor allem durch seine Low-Power-Eigenschaften auszeichnet. Die Technologie ist asymmetrisch aufgebaut und eignet sich für Netze mit Reichweiten – Endgerät bis Netz – über mehrere Kilometer. Dabei sind Übetragungsraten von 292 Bit/s bis 50 kBit/s möglich. DIe LoRaWAN-Architektur ist sternförmig aufgebaut und nutzt verschiedene Frequenzbereiche im ISM-Band und SRD-Band. Spezifikationen legt die LoRa-Alliance fest.

LoRaWAN-Netze kommen vor allem in industriellen und Smart-City-Anwendungen Einsatz, die sich über weite Gebiete erstrecken. Städte nutzen die Technologie etwa um Betriebskosten zu senken und Lebensqualität zu erhöhen, während sich in der Logistik Artikel nachverfolgen lassen.

Überwachung und Verwaltung mit funkbasierten Langstreckenlösungen

Für Entwickler von Smart-City-Anwendung sind funkbasierte Langstreckenlösungen die erste Wahl bei der Parkraumbewirtschaftung, Infrastrukturüberwachung und automatisierten Verbrauchsmessung. In der Landwirtschaft wird die Technik für die ganzjährige Überwachung von Nutzpflanzen und Vieh verwendet, während andere Anwendungen den Katastrophenschutz, die Kontrolle der Umweltverschmutzung, den Schutz natürlicher Ressourcen sowie eine intelligente Lieferkette und Logistik umfassen.

In der Gebäudeverwaltung haben sich Funknetze mit großer Reichweite als ideal erwiesen, um die Beleuchtung, den Wasser- und Energieverbrauch zu überwachen, die Sicherheit des Personals zu gewährleisten und unbefugten Zugang zu verhindern. Weitere Anwendungen umfassen die Überwachung von Rauch, Temperatur, Feuer, CO2, Kohlenmonoxid und Lüftung/Luftqualität. Facility Manager und Gebäudeeigentümer profitieren auch durch den Zugriff auf konsistente, zuverlässige Daten, die die Gebäudeplanung vereinfachen, einschließlich der effizienten Nutzung von Flächen und bei Bedarf einer verbesserten Bürogestaltung.

Schematische Darstellung eines LoRaWAN-Funknetzes mit entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen.

Schematische Darstellung eines LoRaWAN-Funknetzes mit entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen. Semtech

Da IoT-Anwendungen zunehmend eine entscheidende Rolle bei der Schaffung von intelligenten Umgebungen spielen, werden diese Anwendungen dazu beitragen, das ultimative Ziel zu erreichen: einen intelligenten Planeten mit Milliarden nahtlos vernetzter Geräte und Systeme. Bis dahin müssten 100 Millionen Geräte vernetzt werden, außerdem bleibt die Herausforderung, dass die Gerätebesitzer die einzigen Beteiligten sein sollen, die Zugang auf die Sensordaten haben. Dies kann sehr anspruchsvoll sein, da Unternehmen kritische Entscheidungen nur dann absolut vertraulich treffen können, wenn die Sicherheit der Daten gewährleistet ist und die Netzwerke sicher miteinander verbunden sind.

Die LoRaWAN-Spezifikation spielt eine wichtige Rolle in Bezug auf die Datensicherheit, da sie die authentifizierte Verbindung zwischen Gerät, Anwendungsserver und Netzwerk regelt und sicherstellt, dass nur echte und autorisierte Einheiten mit der richtigen Art von Netzwerken interagieren können. Die eindeutige 24-Bit-Kennung wiederum stellt sicher, dass die erfassten und gemeinsam genutzten Daten in keiner Weise manipuliert wurden und nicht für Unbefugte zugänglich sind.

Mit dem Wachstum des Internet der Dinge wird das Erfassen und die gemeinsame Nutzung großer Datenmengen innerhalb von Millisekunden über Gebäude, Städte und sogar Kontinente hinweg immer häufiger vorkommen. Die Sicherheit dieser Daten wird für die Betriebszuverlässigkeit weltweit von größter Bedeutung sein. Da unterschiedliche Ansprüche an die verschiedenen Arten von Kommunikationstechniken gestellt werden, lohnt es sich, Informationen einzuholen und sicherzustellen, dass die von Ihnen gewählte Lösung das Sicherheitsniveau bietet, das Sie von einem IoT-Datenmanagementsystem erwarten.