Im Interview erklärt Felix Wolf, CTO bei Alpha-Omega Technology, was LoRaWAN-Netzwerke leisten können und wie die Technologie helfen kann, die Digitalisierung flächendeckend voranzubringen.
ITD: Was sind netzwerkseitig die größten Herausforderungen, die IoT-Anwendungen darstellen?
Felix Wolf: Im Prinzip sind die Anforderungen an IoT-Netzwerke durchaus mit anderen Kommunikationsnetzwerken zu vergleichen. Insofern spielen Zuverlässigkeit, Sicherheit und Fehlertoleranz auch hier eine wichtige Rolle. Zusätzlich muss die Integrierbarkeit in bestehende IT-Systeme, also die Schnittstellen, berücksichtigt werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt, insbesondere bei Funknetzwerken, ist die Energieeffizienz, und das insbesondere dann, wenn die Sensoren mit Batterien betrieben werden.
ITD: Können Sie kurz erklären, was „LoRaWAN“ eigentlich bedeutet und welche Rolle dabei lizenzfreie Frequenzbänder spielen?
Wolf: LoRaWAN ist ein Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll. Die Abkürzung steht für „Long Range Wide Area Network“ – und funkt in Europa im 868 Mhz Band. Dieser Bereich wurde europaweit zur Nutzung von „short range devices“ freigegeben und kann daher von jedem genutzt werden. Um eine Überlastung des Frequenzbereichs zu vermeiden wurde festgelegt, dass ein Gerät maximal ein Prozent der Zeit auf Sendung sein darf (Diese Zeitspanne ist immer auf die vergangene Stunde bezogen). LoRaWAN zeichnet sich dadurch aus, dass die Technologie Mess- und Sensordaten mit wenig Energie über große Distanzen überträgt – bis zu 15 Kilometer in ländlichen Gebieten – und eine hohe Gebäudedurchdringung erreicht. Mit seiner zweistufigen symmetrischen Verschlüsselung, bei der der Schlüssel niemals über Funk übertragen wird, bietet das LoRaWAN-Protokoll eine solide und sichere Grundlage für die Datenübertragung. Die Sensoren, die in einem LoRaWAN-Netzwerk zum Einsatz kommen, sind einfach konstruiert und dadurch preiswert und flexibel einsetzbar mit langen Batterielaufzeiten von bis zu fünf Jahren. Durch diese Eigenschaften ist die LoRaWAN-Technologie vergleichsweise robust und sowohl für den Innen- wie den Außenbereich geeignet, also genauso für IoT in Smart Buildings wie für Smart Cities.
ITD: Wie unterscheidet sich dieser Ansatz vom klassischen Mobilfunk und worin liegt etwa der Unterschied zum NB-IoT?
Wolf: Der Hauptunterschied ist das man in einem LoRaWAN-Netzwerk die Gateways selbst betreiben kann und dass, wenn gewünscht, die Daten das eigene Netzwerk niemals verlassen. Dadurch fallen keine Verbindungskosten an. Damit kann beispielsweise ein abgelegenes Firmengelände ebenso angebunden werden wie ein Standort, der etwa durch Bauwerke vom Mobilfunkempfang abgeschirmt ist. In Extremfällen können sogar unterirdisch Gateways gesetzt werden, um entsprechende Sensoren auszulesen.
ITD: Welche Eigenschaften sollten die Standorte der benötigten Gateways idealerweise erfüllen?
Wolf: Vereinfacht lässt sich sagen: „Jeder Meter zählt!“, das heißt, die Gateways sollten so hoch wie möglich hängen – am besten auf Funkmasten oder hohen Gebäuden. Dabei ist es wichtig bei Gebäuden darauf zu achten, dass die Abschattung durch die Dachflächen möglichst gering ist. Des Weiteren ist eine feste Netzwerkanbindung sehr empfehlenswert, um mögliche Unterbrechungen bei einer normalen Mobilfunkanbindung zu vermeiden.
ITD: Für welche Einsatzbereiche eignet sich die Technologie und wo stößt sie an ihre Grenzen?
Wolf: LoRaWAN-Netze eignen sich sehr gut, um Verbräuche von Wasser, Strom, Gas oder Wärme zu erfassen und die Verbrauchsdaten weiterzuleiten. Zusätzlich gibt es eine Vielzahl an Sensoren von unterschiedlichen Herstellern aus den Bereichen Klima und Luftqualität. Dazu kommen Türöffnungssensoren und Bewegungsmelder sowie Aufsatzmodule, um vorhandene Sensoren LoRaWAN-fähig zu machen. An die Grenzen stößt die Technik in der Regel dann, wenn zu viele Daten übertragen werden sollen und wenn es darauf ankommt, dass zwingend jedes einzelne Paket ankommt. Die Übertragungsqualität in LoRaWAN-Netzen liegt bei 96 Prozent, daher ist diese Technik nicht für Sicherheitszwecke geeignet.
ITD: Welche Bedeutung kommt der Technologie im Zusammenhang mit Industrie 4.0 zu?
Wolf: Industrie 4.0 basiert auf der Kommunikation von Maschinen untereinander genauso wie auf der Kommunikation zwischen Maschinen und Menschen. LPWAN ist eine Technologie, die insbesondere für mobile Systeme unersetzlich ist. Ob als retrofit in bestehende Maschinenparks integriert oder von Anfang an eingebaut – die Technologie bietet die Möglichkeit, Daten direkt und ohne manuelle Eingriffe zu erfassen und zu übertragen.
ITD: Ihr Unternehmen unterstützt verschiedene Kunden beim Aufbau einer intelligenten Infrastruktur. Wie kam es dazu und welche Use Cases haben die städtischen Verantwortlichen in ihrer Entscheidung für LoRaWAN bestärkt?
Wolf: LoRaWAN ist branchenübergreifend bei vielen Unternehmen und so auch bei öffentlichen Trägern ein aktuelles Thema. Durch die kostengünstige Errichtung eines solchen Netzwerkes lassen sich initiale Use Cases wie zum Beispiel die Steuerung der Straßenbeleuchtung, das Auslesen von Geschwindigkeitsanlagen, etc. schnell und kosteneffizient umsetzen. Wir als Alpha-Omega Technology sind mit unserem Onlineshop für IoT-Zubehör im Bereich LoRaWAN für viele Unternehmen ein zentraler Ansprechpartner. Denn wir bieten ein umfangreiches Sortiment an Hardware an und können unsere Kunden in Bezug auf ihre individuellen Use-Cases beraten.
ITD: IoT-Umgebungen sind besonders schutzbedürftig – wie sicher sind LoRaWAN-Netze und wie kann man sie vor Manipulationen und Hacking schützen?
Wolf: LoRaWAN-Netze sind von Anfang an im Hinblick auf Sicherheit entwickelt worden. So ist die Kommunikation zwischen Sensor und Netzwerkserver zweifach mit 128 bit AES verschlüsselt. Die LoRaWAN-Gateways enthalten keinerlei Schlüssel zum Auslesen des Netzwerkverkehrs, so dass hier keine Informationen abgegriffen werden können. Außerdem sind die einzelnen Sensoren eines LoRaWAN-Netzwerkes so einfach konstruiert, dass sie kein lohnendes Ziel für Hacker darstellen.
ITD: 5G ist in aller Munde – Wie stehen Sie dem neuen Mobilfunkstandard gegenüber?
Wolf: 5G ist ein Sammelbegriff für verschiedene Standards, von denen einige sehr wahrscheinlich wichtig werden im IoT-Bereich. Gleichwohl ist es nur ein Werkzeug von vielen und sicherlich kein Allheilmittel. Es bleibt dabei, dass die Auswahl des richtigen Werkzeugs komplex und immer von den jeweiligen konkreten Anforderungen abhängig ist.
Die Fragen stellte Shipra Kren vom MEDIENHAUS Verlag GmbH
