LPWAN Technologien und ihre Anwendungen

Wer sich mit dem Internet der Dinge (IoT) auseinandersetzt, ist ziemlich wahrscheinlich auch schon Mal über den Begriff LPWAN gestolpert. Aber was ist das eigentlich und welche Vorteile hat es? In diesem Artikel erfahren Sie alles wissenswerte über LPWAN und seine Anwendungsfälle.

Was ist LPWAN?

Unter LPWAN, Low Power Wide Area Network versteht man Technologien und Netzwerkprotokolle, welche zur Vernetzung von drahtlosen Geräten verwendet werden. Dabei ermöglichen die Technologien die Übertragung von kleinen Datenmengen über große Entfernungen und das bei einem äußerst geringem Energieverbrauch. Dabei unterscheiden sie sich in lizenzierte und nicht-lizenzierte Technologien.

Vorteile von LPWAN Technologien

Die Hauptvorteile der Technologie sind bereits im Namen enthalten: Low Power und Wide Area. Der geringe Energiebedarf erhöht die Batterielebensdauer der Geräte erheblich, so dass diese in der Regel über mehrere Jahre wartungsfrei betrieben werden können. Die hohe Reichweite ermöglicht die Verbindung von Geräten über mehrere Kilometer hinweg, was besonders in ländlichen und abgelegenen Gebieten von Vorteil ist. Damit verbunden ist eine hohe Durchdringung von Objekten und Materialien. Im Vergleich zu höherfrequenten Funktechnologien wie zum Beispiel Wi-Fi oder Bluetooth, durchdringen LPWAN Signale Hindernisse wie Wände und Gebäude sehr gut.

Neben dem geringen Energiebedarf und der hohen Reichweite sorgen lizenzfreie Netzwerke für zusätzliche Beliebtheit. Denn für sie fallen keine Lizenzierungskosten an.

Den Vorteilen gegenüber stehen jedoch die niedrigen Datenraten, denn diese bewegen sich meistens in einem Bereich von wenigen 100 bit/s bis hin zu einigen 100 Kbit/s. Somit eignen sich die Technologien hauptsächlich für Anwendungsfälle, welche mit einer geringen Bandbreite auskommen.

Welche Technologien und Standards gibt es?

LoRaWAN

LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ist ein lizenzfreier Funkstandard der LoRa Alliance. Der Funkstandard nutzt lizenzfreie Frequenzbänder, die von Land zu Land unterschiedlich sein können. In Europa und vielen anderen Ländern nutzt die Technologie die Frequenzbänder 868 MHz oder 433 MHz, während sie in Nordamerika das Frequenzband 915 MHz nutzt.

Die Netzwerke können lokal oder global aufgebaut werden und bieten eine sichere und skalierbare Infrastruktur für IoT-Anwendungen. Die Technologie wird von verschiedenen Herstellern und Dienstleistern unterstützt und ist ein wichtiger Bestandteil des wachsenden IoT-Ökosystems.

NB-IoT

NB-IoT steht für Narrowband-Internet of Things und ist ein Funkstandard für das Internet der Dinge (IoT). Der Standard nutzt bestehende Mobilfunknetze und hat eine sehr schmale Bandbreite, was ihn sehr energieeffizient macht.

NB-IoT-Netze nutzen bereits vorhandene LTE-Masten und Antennen, die gut ausgebaut sind. Im Gegensatz zu LoRaWAN und Sigfox erfordert die Nutzung von NB-IoT also keine Investitionen in die Netzwerkinfrastruktur, unabhängig davon, wo sich die Geräte auf der Welt befinden. Das wiederum ermöglicht es den Herstellern, internetfähige Geräte zu entwickeln, die direkt nach der Inbetriebnahme eine Verbindung herstellen können.

LTE-M (Cat-M2)

LTE-M (Long Term Evolution for Machines), auch als Cat-M2 bekannt, ist eine lizenzierte Variante des 4G-LTE-Netzwerks, das auch für die schnelle Übertragung von Daten und die Nutzung mobiler Breitbanddienste für Smartphones und Tablets verwendet wird. Im Vergleich zu anderen LPWAN-Technologien verfügt LTE-M über eine wesentlich bessere Datenrate. Zudem finden IoT-Geräte welche LTE-M nutzen fast überall eine gute Verbindung, da 4G das am weitesten verbreitete Mobilfunknetz ist.

Sigfox

Sigfox ist ein französisches Unternehmen, das ein gleichnamiges lizenziertes LPWAN-Netzwerk für das Internet der Dinge (IoT) anbietet. Wie andere LPWAN-Technologien ist Sigfox speziell für die Übertragung kleiner Datenmengen von IoT-Geräten konzipiert. Dazu nutzt das Netzwerk die Funkfrequenzen 868 MHz in Europa und 902 MHz in den USA. Pro Land ist Sigfox nur von wenigen Netzbetreibern zugelassen. So ist Netzabdeckung von Sigfox regional unterschiedlich und hängt von der Verfügbarkeit von Sigfox-Basisstationen ab. Zudem ist Übertragungskapazität von Sigfox ist sehr begrenzt. Denn pro Tag können nur 140 Nachrichten mit jeweils bis zu 12 Byte gesendet oder 8 Byte empfangen werden.

Anwendungsbereiche

LPWAN Technologien werden nahezu überall verwendet, wo eine drahtlose Verbindung benötigt wird, die Anforderungen an die Datenübertragungsrate und Datenmenge jedoch relativ klein sind. Im Bereich der Smart Cities können LPWAN-Networks beispielsweise für die Überwachung von Umgebungsbedingungen wie der Luftqualität und dem Lärmpegel eingesetzt werden. Auch für die Überwachung von Parkplätzen oder Müllcontainern eignen sich die Technologien.

Ein weiterer Anwendungsbereich ist Asset-Tracking, dabei geht es um die Lokalisierung und Überwachung von beweglichen Objekten wie Fahrzeuge, Geräte oder Transportbehälter. Mit den drahtlosen Technologien können diese Objekte in Echtzeit verfolgt werden wodurch eine effizientere Lieferkette ermöglicht wird.

In der Landwirtschaft können LPWAN-Netze zur Überwachung von Bodenfeuchte, Temperatur und anderen Parametern eingesetzt werden. Dadurch werden die Ernteerträge gesteigert und Wasserverbräuche gesenkt.

Weitere Anwendungsfälle könnten sein:

• Intelligentes Gebäude und Energiemanagement
• Überwachung von Ver- und Entsorgungssystemen
• Anlagenüberwachung
• Management von Lieferketten
• Intelligentes Verkehrs- und Transportmanagement
• Gesundheit und medizinische Anwendungen
• Heimautomatisierung und Smart-Home-Lösungen

Insgesamt bietet LPWAN eine kostengünstige und praktikable Lösung für die Vernetzung von Geräten und die Übertragung kleiner Datenmengen über größere Entfernungen. Obwohl die Datenraten im Vergleich zu anderen Technologien begrenzt sind, reichen sie für sehr viele Anwendungsfälle aus und ermöglichen eine zuverlässige und vor allem energiesparende Vernetzung.