Funktechnik 30. Aug 2018, 12:03 Uhr Josephine Bollinger-Kanne

Immer mehr Daten auf Sendung

Der Niedrigenergiefunk LoRa will smarten Projekten in der Versorgungswirtschaft zum Durchbruch verhelfen.

Basisstation auf dem Dach: Die kleinen LoRaWAN-Antennen nebst Gateways fallen im Stadtbild kaum auf.
Foto: Smart City Solutions

Der Wettlauf um lukrative Datenquellen hat eine Goldgräberstimmung ausgelöst. Technologien, diese anzuzapfen und daraus Kapital zu schlagen, sind gefragt. Anders als bei Ölvorkommen verteilen sich die Daten weit verstreut über diverse Orte in Gebäuden, auf Straßen und Plätzen. Auf diesem Terrain spielen Niedrigenergiefunknetze wie LoRa und Sigfox (s. Seite 17), ihre Trümpfe aus. Ein Bereich, den auch die Mobilfunktechnik Narrowband-IoT erobern will. Im Vergleich zu lokalen Funknetzen wie WLAN funken sie über große Reichweiten und dringen durch dicke Betonwände. Hinzu kommen geringere Installationskosten als bei herkömmlichem Mobilfunk.

Lizenzfrei ins Internet der Dinge

LoRaWAN: LoRa steht für Long Range und bezeichnet eine Niedrigenergie-Fernfunktechnik. WAN steht für Wide Area Network.

Um das Sendeprotokoll LoRaWAN und die Netzwerkarchitektur als offenen internationalen Standard zu etablieren, initiierte Semtech 2015 mit Gründungsmitgliedern wie Cisco und IBM die LoRa-Allianz, die über 500 Mitglieder hat.

Genutzt wird der für den Datenfunk in Europa lizenzfreie ISM-Frequenzbereich 868 MHz. LoRaWan kann 255 Bytes pro Nachricht übertragen, die Reichweite liegt je nach Umgebung bei bis zu 15 km.

Das sind für Robert Koning die schlagenden Argumente, um Millionen dezentraler Sensoren mit Netzwerkservern und Applikationen im Internet der Dinge zu vernetzen. „Genau dafür wurde LoRaWAN entwickelt.“ Vor vier Jahren kam Koning über das europäische Future-Internet-Software-Projekt, kurz Fiware-Projekt, zur Niedrigenergiefunktechnik. Er kooperierte mit Start-ups und gründete 2017 Smart City Solutions, um den LoRaWAN-Ausbau in Deutschland voranzutreiben.

Nachbar Frankreich ist da schon weiter. Durch das Engagement des französischen Mobilfunkunternehmens Orange beschleunigte sich der Netzausbau deutlich. „Die Kooperation mit einem Mobilfunkunternehmen ermöglicht es, sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene eine breitere Abdeckung zu erreichen“, erklärt David Rachad Maallawi, Network Consulting Engineer beim IT-Unternehmen Cisco.

Die Fernfunktechnik LoRa stammt vom französischen Start-up Cycleo, das der Halbleiterlieferant Semtech mit Sitz in Kalifornien 2012 übernahm. Um das Netzwerkprotokoll LoRaWAN offen weiterzuentwickeln, gründete Semtech 2015 zusammen mit Cisco und IBM die LoRa-Allianz, die heute über 500 Mitglieder zählt.

Die Allianz stelle ähnlich wie ein Standardisierungsgremium entsprechende Spezifikationen bereit, sagt Maallawi. Das sei der wichtigste Vorteil gegenüber der proprietären Funklösung von Sigfox. Jede Organisation könne beitreten und ihre Wünsche einbringen: „Dies ermöglicht eine breitere Akzeptanz und eine starke Partnerschaft – von Geräteherstellern und IT-Anbietern wie Cisco bis hin zu Diensteanbietern wie Orange und KPN. Zusätzlich ist die technische Lösung robuster als bei Sigfox, und LoRaWAN erlaubt auch einen Downlink-Verkehr für Geräte.“

Damit sich die Technologie am Markt etabliert, müsse für ein LoRa-Endgerät, ein Sensor, allerdings ein Zielpreis von 5 $ erreicht werden, macht Maallawi deutlich. Alle Unternehmen und Organisationen könnten letztlich davon profitieren. „Entsorger rufen bei sensorbestückten Mülleimern vorab den aktuellen Füllstand ab, Landwirte können die Feuchtigkeit ihrer Felder einsehen und sie entsprechend bewässern, Gemeinden schalten Straßenleuchten abhängig von der Helligkeit und dem Verkehrsaufkommen automatisch ein und aus.“

Als größten Vorteil nennt er das lizenzfreie Frequenzband zum Datenfunk, für das keine teuren Gebühren anfielen. Doch die hohen Kosten der Endgeräte und eine fehlende Flächendeckung der Lösung seien eine Herausforderung.

„In Deutschland passte LoRaWAN nicht zum Geschäftsmodell der Telekom. Für städtische Versorger kann die Rechnung dennoch aufgehen“, berichtet Koning aus seiner Arbeit. Für die Einrichtung eines LoRaWAN-Netzes müsse im Vergleich zu üblichen Netzwerklösungen lediglich ein Zehntel der Mittel aufgebracht werden. Auf den Tagungen seiner LoRa-Interest-Group versammeln sich seit 2016 neben IT- und Messdienstleistern zunehmend Stadtwerke und tauschen erste praktische Erfahrungen aus. „Da der Zuspruch so groß ist, gibt es inzwischen eine Gruppe Nord und eine Gruppe Süd“, so Koning.

Aufgrund der begrenzten Datenrate der Technik (s. Kasten) empfiehlt der IT-Experte, als Erstes zu prüfen, wie häufig Daten bei Anwendungen gefunkt werden müssten. Energie- und Wasserzähler ließen sich am Tag gut auslesen. Schlafende Sensoren, die aufwachen, um Füllstände oder Signale von Rauchmeldern anzuzeigen, seien prädestiniert. Schließlich rechne sich ein Funknetz erst, wenn mehrere Anwendungen bedient werden könnten.

Bundesweit arbeiten von Lübeck bis München städtische Versorger an Pilotprojekten, um den Weg zum florierenden Geschäftsmodell zu ebenen. In Darmstadt und Karlsruhe haben sich etwa Entega und die Stadtwerke Karlsruhe die smarte Müllentsorgung vorgenommen. Ist der Netzaufbau hier schon weit fortgeschritten, wird an der Ausstattung von Abfallcontainern mit Füllstandssensoren weiter fieberhaft gearbeitet.

In Ulm lesen die Kooperationspartner von Citysens in einem Feldtest rund 100 Stromzähler fern aus. Die Hard- und Software für die weiterführenden Systeme der Tochtergesellschaft der Stadtwerke Ulm, SWU Energie, kommen von ortsansässigen IT-Firmen. Als nächste Anwendungen nach den Stromzählern ist geplant, den Wasser- und Wärmeverbrauch per Funk zu erfassen.

Der Baden Württemberger Energieversorger EnBW und Messdienstleister Minol-Zenner verfolgen ähnliche Plänen. Im Februar stellten sie das Lösungskonzept Immo Digital+ vor. Es bietet eine Schnittstelle zwischen der Wohnungs- und Energiewirtschaft. So erfasst ein Gateway von Zenner, auf Basis von LoRa, die Daten der Verbrauchszähler und Sensoren innerhalb eines Gebäudes oder über mehrere Gebäude hinweg. Diese werden dann an das Smart-Meter-Gateway und von dort in eine sichere Cloud übertragen. Hier stehen sie zur weiteren Auswertung bereit. In der zweiten Jahreshälfte 2018 soll Immo Digital+ auf den Markt kommen. Smart City Solutions deckt das LoRaWAN-Spektrum indes von der Zählerauslesung über Smart Home bis hin zum Dimmen von Straßenlaternen ab. Maßgeschneiderte, kostengünstige Sensoren und Endgeräte, deren Batterien wirklich zehn Jahre halten, hält Koning neben der Netzabdeckung für einen Knackpunkt des kommerziellen Betriebs.

Dennoch sieht er ein großes Anwendungsspektrum. Aufgrund des hohen Wettbewerbs um lukrative Datenquellen, auch mit Blick auf konkurrierende Lösungen wie Sigfox oder die Mobilfunktechnik Narrowband-IoT, erwartet er beim Niedrigenergiefunk eine Marktkonsolidierung, die mit fortschreitenden Kooperationen und Zusammenschlüssen einhergeht.

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