Mit LoRaWAN und der entsprechenden Sensorik lassen sich verschiedene IoT-Anwendungen wie etwa Home Automation oder Security-Lösungen.

Mit LoRaWAN und der entsprechenden Sensorik lassen sich verschiedene IoT-Anwendungen wie etwa Home Automation oder Security-Lösungen. Semtech

Heutzutage leben die Menschen in einer zunehmend kontaktlosen Welt. Dabei ist es wichtiger denn je, die Bewegungen von Menschen sowie ihre Kontakte mit anderen zu beobachten und zu analysieren. Allerdings führt das zu einem vermehrten Einsatz sensorbasierter Technologie mit großer Reichweite (LoRa) und geringer Leistungsaufnahme; diese Technik kann in Echtzeit genaue und aussagekräftige Informationen über besonders stabile Wide Area Networks (WANs) sammeln und übertragen.

LoRa-basierte Netzwerke haben sich im Lauf der letzten Jahre weiterentwickelt; immer häufiger kommen sie weltweit in verschiedenen Branchen und Anwendungen zum Einsatz. Ihre typischen Anwendungen umfassen die Entwicklung intelligenter Gebäude als Infrastruktur für die intelligenten Städte und Gemeinden von heute. Weitere Anwendungen sind intelligente Lieferketten und Logistik, intelligente Landwirtschaft, intelligente Messdatenerfassung und intelligente Industriesteuerung.

Auch die Corona-Pandemie führte zu einem gestiegenen Bedarf an Lösungen für eine Reihe kritischer sensorgestützter Anwendungen. Städte, die intelligente Techniken implementiert haben, können die Vorteile dieser Technologie nutzen. So kündigte die Deutsche Telekom im letzten Monat die Einführung einer sensorgestützten Lösung zur Personenzählung an; weiterhin wurde ein Warnsystem für Einzelhändler in Deutschland angezeigt, um das Verkehrsaufkommen in den Geschäften und die soziale Distanzierung bei der Wiedereröffnung nach einer Sperrung zu bewältigen. Dazu hat die Stadt Frankfurt die Einführung eines stadtweiten LoRaWAN-Netzes angekündigt.

LoRa und Sicherheit am Arbeitsplatz

Während die Welt noch den Umgang mit COVID-19 lernt, arbeiten viele Unternehmen weiter an einer umfassenden Neubewertung ihrer Arbeitsabläufe mit dem Ziel, den Arbeitsplatz zu einer sicheren Umgebung für die Mitarbeiter zu machen. Während die Wirtschaft allmählich wieder an Schwung gewinnt, konzentrieren sich viele Unternehmen darauf, Infektionen ihrer Mitarbeiter bei steigenden Fertigungszahlen zu vermeiden. Einige Fälle haben in letzter Zeit gezeigt, dass sich ein vollständiger Schutz in Umgebungen mit hoher Mitarbeiterdichte wie im Baugewerbe, der Logistik, der Energieerzeugung, der Fertigung und der chemischen oder petrochemischen Industrie nur äußerst schwer realisieren lässt.

Die beunruhigenden Auswirkungen der Pandemie auf die Industrie und Angehörige der Gesundheitsberufe haben selbst angesichts überall gestörter Lieferketten weltweit zu einem wachsenden Interesse und einer steigenden Nachfrage solchen Lösungen geführt. In letzter Zeit gab es dazu bedeutende Entwicklungen, beispielsweise bei Anwendungen zur Rückverfolgung. Der Fokus lag dabei vor allem auf dem Monitoring einzelner Personen, ihrer Bewegungen und sogar ihres Gesundheitszustands und ihrer Temperatur. Ein möglicher Einsatz hierfür wäre die Belegungsüberwachung durch Tür-, Näherungs- oder Bewegungssensoren. Die Anforderung, so kontaktlos wie möglich zu arbeiten, führte auch zu einem weiteren Wachstumsfeld: Ganze Fertigungslinien mit LoRa und IoT-Anwendungen steuern, um menschliche Interaktionen zu minimieren und damit das Risiko einer Kreuzkontamination zu vermeiden.

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.

Mit dem Einsatz von LoRa lassen sich auch IoT-Lösungen zur Generierung der notwendigen Daten für die Überwachung, Verwaltung und Begrenzung der Wahrscheinlichkeit von Infektionen am Arbeitsplatz erstellen. So könnten Unternehmen zum Beispiel Mitarbeiter mit sensorgestützten Geräten ausstatten, die eine Warnung abgeben, sobald dieser einen bestimmten Mindestabstand zu anderen Personen unterschreitet. Die gleichen Sensoren lassen sich auch für die Kontaktverfolgung nutzen, falls sich ein Mitarbeiter mit dem Virus infiziert hat. LoRa-Technologie ermöglicht auch einen Austausch aktueller Daten über Cloud-basierte Anwendungen, um die Einhaltung aktueller staatlicher Gesetze und Richtlinien zu gewährleisten und zugleich den Mitarbeitern selbst in schwierigsten Umgebungen einen optimalen Schutz zu bieten.

In dieser neuen Zeit – und selbst im Umfeld nach einer Pandemie – gibt es nun einen fest etablierten Markt für Netzwerkanbieter und Systemintegratoren für IoT-Lösungen auf der Basis der nicht-intrusiven LoRa-Technik liefern können. Regierungen und andere Organisationen erkennen bereits das vorteilhafte Potenzial für alle Beteiligten, wenn Sie sich für eine solche bewährte Datenkommunikations-Technik entscheiden: Diese vielseitig einsetzbare Technologie lässt sich innerhalb kürzester Zeit einführen, ohne dass der Implementierer umfassende Kenntnisse der IoT-Technik haben muss. Unternehmen können mit dem Smart Building-Referenzkit von Semtech beispielsweise ihre eigenen Smart Building-Anwendungen in bestehenden Gebäuden ohne eine Neuverkabelung oder irgendwelchen Bedenken bezüglich der Signalstärke hinter dichten Wänden einsetzen.

Ausblick

LoRaWAN-Netze lassen sich über weite Gebiete wie etwa Städte aufspannen.

LoRaWAN-Netze lassen sich über weite Gebiete wie etwa Städte aufspannen. Semtech

Stadtplaner und Wirtschaftsführer stehen heute an einem Scheideweg: Jetzt haben sie Zugang zu den nötigen Daten, um fundierte Entscheidungen treffen zu können; das Rätselraten darüber, wie sich Städte effizienter, sicherer und kommerziell erfolgreicher machen lassen, ist jetzt Vergangenheit. Ein Blick in die Geschichte zeigt, dass bedeutende Ereignisse nicht nur unsere Lebensweise, sondern auch die Welt, in der wir leben, erheblich verändern können. Die COVID-19-Pandemie wird langfristige und nachhaltige Veränderungen für unsere Arbeit, unser Leben und unsere Städte bringen. Technologien wie LoRa tragen dazu bei, die Entwicklung und Umsetzung groß angelegter IoT-Systemen zu beschleunigen, die in intelligenten Städten zur neuen Norm werden.

Das Lora-Edge-Soc LR1110 von Semtech

LoRa Edge ist ein in sich geschlossenes SoC der dritten LoRa-Generation von Semtech. Das aktuelle LoRa Edge-Produkt, das LR1110-Modul, bietet hohe Energieeffizienz und Empfindlichkeit; es kombiniert einen LoRa-Transceiver, einen passiven Wi-Fi-Scanner und einen Multi-Constellation-GNSS-Scanner in einem softwaredefinierten Funkmodul. Das Modul benötigt keinen Mikrocontroller und ist zugleich kompatibel zu Java und Python.

Die Technologie funktioniert auch mit den oben erwähnten Sensoren und ermöglicht die Datenübertragung an eine Kernanwendung über LoRaWAN. Die LoRa-Technologie hat sich in den vergangenen Jahren zunehmend weiterentwickelt; technische Weiterentwicklungen, Entwicklungskits und Entwicklerunterstützung haben den Entwurf und die Implementierung eines WAN vereinfacht, sodass Entwickler zum Aufbau moderner LoRaWAN-Lösungen kein tiefes Embedded-Design-Fachwissen mehr benötigen. Während Wi-Fi- und Bluetooth-Signale leicht zu erkennen und zu kopieren sind, lässt sich ein LoRaWAN-Signal im Prinzip weder nachweisen, noch stören oder emulieren. LoRaWAN bietet zudem mehrere zusätzliche Ebenen der Netzwerk- und Anwendungsverschlüsselung, die über anderswo verfügbare Maßnahmen hinausgehen. Zusätzlich enthält LoRa Edge eine Hardware-Verschlüsselung.

Mit einer Empfindlichkeit von -141 dBm und 2 μA Ruhestrom mit Real-Time-Clock verfügt der LR1110 über zwei eingebaute Verstärker, die +14 dBm bei 28 mA und 3,6 V oder +22 dBm bei 120 mA und 3,6 V bieten. Darüber hinaus unterstützt das Modul GNSS bei 6 mA und 3,6 V, ein GNSS-Einrasten in 1,65 Sekunden sowie Geolokalisierung über Wifi bei 12 mA und 3,6 V mit einem Einrasten innerhalb von 80 ms. Das Gerät kann über Firmware-Upgrades auch zukünftige LoRaWAN-Spezifikationen unterstützen.