LoRaWAN-Konnektivität: Eigenentwicklung oder Kauf

Sie haben also die verschiedenen Verbindungsoptionen recherchiert, die Vor- und Nachteile von NB-IoT, WLAN, Sigfox und anderen abgewogen und sich für LoRaWAN als beste Option für Ihr Projekt entschieden. Nun stehen Sie vor einer weiteren wichtigen Entscheidung im Implementierungsprozess: Bauen Sie Ihr eigenes LoRaWAN-Netzwerk auf oder nutzen Sie die verfügbaren öffentlichen Netzwerkoptionen?.

Wie bei den meisten Entscheidungen im IoTgilt auch hier: Da es keine Universallösungen gibt, müssen die verschiedenen Optionen sorgfältig geprüft werden. Die Antwort hängt letztendlich von den Eigenschaften Ihres Projekts, dessen Zielsetzung und den Ihnen zur Verfügung stehenden Ressourcen ab.

» KOSTENLOSE TESTVERSION: Bringen Sie Ihre IoT Anwendung mit dem Ubidots IoT -Geräteverwaltungs Dashboard in weniger als 30 Tagen auf den Markt

In diesem Artikel gehen wir auf die Frage „Eigenbau oder Kauf?“ ein, um Ihnen die Vor- und Nachteile beider Optionen aufzuzeigen und zu erklären, was Sie bei der Wahl der richtigen Option für Ihr Projekt berücksichtigen sollten.

Beginnen wir mit einem Überblick über LoRaWAN selbst.

Kontext zu LoRaWAN

LoRaWAN ist ein energiesparendes Weitverkehrsnetzwerkprotokoll, das die Welt des Internets der Dinge durch bidirektionale Kommunikation, durchgängige Sicherheit, Mobilität und Lokalisierungsdienste ermöglicht. Es basiert auf der LoRa-Funktechnologie (der physikalischen Schicht des Netzwerks), einem Modulationsverfahren, das Informationen in Funkwellen kodiert und sich besonders für die Übertragung kleiner Datenpakete eignet.

Trotz ihres stetigen Wachstums ist die Technologie noch jung, wobei drei Episoden in ihrer Geschichte besonders hervorstechen:

• Zwei französische Freunde begannen 2009 mit der Entwicklung von LoRa für kommerzielle Zwecke.
• Im Jahr 2012 wurde ein proprietäres MAC-Protokoll namens „LoRaMAC“ entwickelt, um die Nachrichtenformate und Sicherheitsebenen festzulegen.
• Im Februar 2015 wurde die LoRa Alliance gegründet und das Netzwerkprotokoll in „LoRaWAN“ umbenannt.

LoRaWAN-Architektur

Die LoRaWAN-Architektur besteht aus vier Teilen:

Knoten: Geräte, die mit Sensoren zur Datenerfassung und LoRa-Sendern zur Übermittlung dieser Daten an die gateway . Auch wenn Sie Ihre eigenen Knoten zusammenstellen können, gibt es viele gute, sofort einsatzbereite Geräte wie die SenseCAP S210X-Serie von Seeed Studio .

Gateway sind Geräte wie beispielsweise Edge Lite 2 von RAKwireless , die typischerweise nur die Daten der angeschlossenen Geräte an den Server weiterleiten. Sie sind mit einem LoRa-Konzentrator ausgestattet, der den Empfang von Informationen von den Knoten ermöglicht. Zur Kommunikation mit den Servern gateway Kommunikationsprotokolle mit höherer Bandbreite wie WLAN oder Mobilfunk.

Netzwerkserver: Er ist zuständig für die Verwaltung der gateway , die Autorisierung der Sensoren und den bidirektionalen Datenaustausch zwischen den Sensoren und den Anwendungen.

Anwendungsserver: Er bildet die Anwendungsschicht der Architektur und übernimmt Aufgaben wie die Entschlüsselung und Dekodierung von Uplink-Daten, die Warteschlangenverwaltung für Downlink-Daten sowie die Kodierung und Verschlüsselung von Downlink-Daten.

Bei LoRaWAN kommunizieren die Endgeräte mit den gateway (nicht untereinander). Gateway detailliertere Erklärung der Funktionsweise von LoRaWAN finden Sie in diesem Artikel.

Vorteile von LoRaWAN

Es ist kein Zufall, dass LoRaWAN zu den beliebtesten Optionen für IoT Konnektivität zählt, wenn man die zahlreichen Vorteile bedenkt, die sich aus seiner Nutzung ergeben. Neben dem geringen Stromverbrauch und der großen Reichweite, für die es bekannt ist, zeichnet sich LoRaWAN auch durch die Unterstützung bidirektionaler Kommunikation aus. Dies ermöglicht das Senden von Nachrichten an Endgeräte, was die Steuerung in industriellen Umgebungen erleichtert.

Zu den Vorteilen von LoRaWAN gehören auch die niedrigen Kosten, die Fähigkeit der Server, Millionen von Nachrichten von Tausenden von gatewayzu verarbeiten, das robuste Ökosystem und die Möglichkeit des öffentlichen oder privaten Zugriffs.

Und genau auf diesen letzten Punkt möchten wir uns in diesem Beitrag konzentrieren, denn auch wenn die Möglichkeit, LoRaWAN sowohl in einem privaten als auch in einem öffentlichen Netzwerk zu nutzen, Vorteile bietet, kann die Entscheidung für die richtige Option schwierig sein. Daher wollen wir die jeweiligen Vor- und Nachteile beider Optionen betrachten.

Private LoRaWAN-Netzwerke (Aufbau)

Dank der offenen Architektur des LoRaWAN-Protokolls kann jeder sein eigenes Netzwerk einrichten.

Im Allgemeinen handelt es sich bei einem privaten Netzwerk um ein Netzwerk, dessen Komponenten (gatewayund Server) unter der Kontrolle des Nutzers stehen und nur vom Eigentümer sowie von diesem autorisierten Personen genutzt werden können. Kurz gesagt: Diese Netzwerke haben einen oder wenige Nutzer, sind in der Regel klein und werden von ihren Eigentümern kontrolliert.

Je nach Netzwerkgröße ist der Aufbau eines LoRaWAN-Netzwerks im Vergleich zu anderen Technologien relativ günstig. Ein einziges gateway kann Tausende von Endgeräten verwalten und eine Reichweite von 10 km oder mehr abdecken – ausreichend für die meisten Anwendungen. Indoor- gateway sind bereits ab 70 US-Dollar $ , Server-Abonnements kosten in der Basisversion etwa 85 US-Dollar $ Monat. Somit ist die Einrichtung eines privaten Netzwerks durchaus erschwinglich.

Dies sind die wichtigsten Schritte zum Einrichten eines privaten Netzwerks:

• Die Entscheidung, ob man einen Serverdienst in Anspruch nimmt oder einen eigenen Server erstellt.
• Die benötigte Anzahl an gatewayermitteln.
• Sie werden am gewünschten Ort eingesetzt.
• Deklaration der Sensoren im gateways.
• Die Verbindungen zwischen den gatewayund der Datenverarbeitungsplattform herstellen.
• Aktivierung der Geräte.

Die größten Vorteile eines privaten Netzwerks liegen in der gebotenen Sicherheit und Kontrolle.

LoRaWAN ist ein sicheres Protokoll, doch eine fehlerhafte Implementierung kann es angreifbar machen. Ein privates Netzwerk gibt dem Betreiber die volle Kontrolle und reduziert so das Risiko von Abhören oder Datenlecks. Diese Kontrolle geht jedoch über die reine Sicherheit hinaus, da jegliche Anpassungen oder Änderungen am Netzwerk (z. B. zur Erweiterung der Reichweite) ausschließlich vom Betreiber und seinen Ressourcen abhängen.

Zwei weitere wichtige Vorteile einer privaten Lösung sind, dass sie in manchen Fällen kostengünstiger sein kann, da die Abonnementgebühren eines öffentlichen Netzes bei einer hohen Anzahl von Geräten recht hoch ausfallen können. Der zweite Vorteil ist die Möglichkeit, eine optimale Abdeckung in Innenräumen zu gewährleisten, da der Betreiber die Verteilung und Erweiterung der Komponenten selbst steuern kann.

Andererseits gibt es bei einer privaten Lösung auch einige Nachteile:

• Hinsichtlich der Kosten sind höhere Anfangsinvestitionen und laufende Wartungskosten erforderlich.
• Für die korrekte Einrichtung und den Einsatz aller Netzwerkkomponenten sind gewisse technischeedgeerforderlich.

Öffentliche LoRaWAN-Netzwerke (Kaufen)

Öffentliche LoRaWAN-Netzwerke decken große Gebiete ab und werden entweder von Telekommunikationsunternehmen oder von gemeinnützigen Organisationen angeboten, die die gatewayund/oder Server besitzen. Im Gegensatz zu privaten Netzwerken werden öffentliche Netzwerke von mehreren Personen und Organisationen genutzt.

Je nach Netzbetreiber kann die für das Abonnement zu zahlende Gebühr von einem festen Tarif, der Anzahl der mit dem Netzwerk verbundenen Geräte, der in einem bestimmten Zeitraum übertragenen Datenmenge oder einer Kombination dieser Faktoren abhängen.

Öffentliche Netzwerke bieten den unmittelbaren Vorteil, dass sie Teile des Netzwerks, wie gatewayund Netzwerkserver, bereitstellen, sodass Sie sich um weniger Dinge kümmern müssen.

Die Nutzung erfordert in der Regel einige Schritte: Bezahlen des Abonnements, Registrieren der Geräte auf der Plattform des Betreibers, Aktivieren der Geräte und Abrufen der von den Sensoren erzeugten Daten auf der Plattform des Betreibers und Weiterleiten an eine andere Plattform zur Verarbeitung (dieser letzte Schritt ist optional).

Je nach Land gibt es mehrere oder keine öffentlichen LoRaWAN-Netzwerkbetreiber , die unterschiedliche Abonnementpläne und unterschiedliche Abdeckungsdichten anbieten.

Im Bereich der Community-Netzwerke The Things Network ein hervorragendes Beispiel dafür, was die offene Struktur des Protokolls ermöglicht: ein wachsendes, globales Netzwerk, zu dem Tausende von Menschen beitragen. Ein weiteres Beispiel ist Lor iot , ein Unternehmen, das kostenlose Server zur Anbindung von gateway und Geräten anbietet.

Hier ist eine Liste der Vorteile, die öffentliche Netzwerke bieten:

• Ihre Reichweite ist groß, wodurch sie sich ideal für Einsätze mit verstreuten oder beweglichen Geräten eignet.
• Im Einklang mit dem ersten Punkt ermöglicht Ihnen ein von einem Betreiber geführtes Netzwerk dank Roaming, über Landesgrenzen hinweg zu reisen.
• Da die Infrastruktur bereits vorhanden ist, sind die Anfangskosten gering.

Gleichzeitig gibt es fünf wesentliche Nachteile bei der Nutzung öffentlicher Alternativen. Der wichtigste betrifft die Sicherheit. Obwohl die beiden Netzwerkkomponenten – also die Endgeräte und die Kommunikation zwischen Netzwerk- und Anwendungsserver – je nach Nutzer in jedem LoRaWAN-Netzwerktyp anfälliger für Angriffe sind, stellen öffentliche Netzwerke dennoch ein riskanteres Risiko dar.

Dies sind die verbleibenden vier Nachteile:

• Eine Erhöhung der Anzahl der Geräte (und des Datenvolumens) kann zu hohen Abonnementgebühren führen.
• Die verfügbare Netzabdeckung ist möglicherweise nicht ausreichend für die Anforderungen in Innenräumen oder für bestimmte Standorte.
• Roaming kann teuer sein.
• Möglicherweise häufigere ungeplante Ausfallzeiten.

Hybrid

Es gibt noch eine weitere Option bei der Frage „Eigenbau oder Kauf“: die Kombination beider Ansätze. Ein Hybridmodell kann Versorgungslücken schließen, indem es Nutzern ermöglicht, größere Gebiete mit einem öffentlichen Netzwerk zu erreichen und gleichzeitig mit ihrer eigenen Infrastruktur optimale Konnektivität in Gebäuden oder an bestimmten Standorten zu gewährleisten. Für manche Betriebe kann dies auch eine wirtschaftlich sinnvolle Strategie sein, da die Kostenoptimierung durch den Einsatz privater und öffentlicher Netzwerke die Vorteile separater Lösungen unter Umständen übertrifft.

Vergleichstabelle

» KOSTENLOSE TESTVERSION: Bringen Sie Ihre IoT Anwendung mit dem Ubidots IoT -Geräteverwaltungs Dashboard in weniger als 30 Tagen auf den Markt

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein privates LoRaWAN-Netzwerk?

Es handelt sich um ein Netzwerk, das von einer begrenzten Anzahl von Organisationen oder Personen bereitgestellt, gewartet und genutzt wird. Die gatewayund Netzwerkserver befinden sich in Privatbesitz und können nach Belieben geändert und verbessert werden.

Was ist ein öffentliches LoRaWAN-Netzwerk?

Es handelt sich um ein Netzwerk, das von einem Betreiber oder einer Community geführt wird und von mehreren Organisationen und Einzelpersonen genutzt werden kann, die in der Regel eine Abonnementgebühr entrichten. Der Betreiber oder die Community entscheidet über Änderungen und Verbesserungen am Netzwerk.

Worin bestehen die Unterschiede zwischen beiden?

Private Netzwerke bieten mehr Kontrolle, was in der Regel zu besserer Abdeckung und höherer Sicherheit führt. Aufgrund ihrer überschaubaren Größe eignen sie sich besonders für Umgebungen mit wenigen, fest installierten Geräten. Die Einrichtung eines privaten Netzwerks erfordert zwar höhere Anfangsinvestitionen und laufende Wartungskosten, kann sich aber langfristig als kostengünstiger erweisen, insbesondere bei einer hohen Anzahl angeschlossener Knoten.

Da öffentliche Netzwerke bereits vorhanden sind, müssen Nutzer lediglich ein Abonnement abschließen und ihre Geräte registrieren. Sie bieten in der Regel eine große Reichweite – ideal für mobile und verteilte Geräte, aber weniger geeignet für Knoten in Innenräumen oder ländlichen Gebieten mit unzureichender oder nicht vorhandener Netzabdeckung. Das Abonnementmodell macht öffentliche Netzwerke zu einer guten Option für kleinere Projekte, da die Preise üblicherweise von der Anzahl der Knoten oder dem generierten Datenvolumen abhängen – was sich, wie zu erwarten, bei steigender Knotenanzahl als Nachteil erweist.

Wie baut man ein privates Netzwerk auf?

gateway zu beschaffen . Ein Serverdienst kann per Abonnement bezahlt oder ein individueller Server eingerichtet werden. Alternativ können auch verfügbare öffentliche Serverdienste wie der von Lor iot . Nach der Beschaffung dieser Komponenten sind für den Aufbau eines Netzwerks folgende Schritte erforderlich:

• Die gatewaywerden am gewünschten Ort installiert.
• Deklaration der Knoten im gateways.
• Die Verbindungen zwischen den gatewayund der Datenverarbeitungsplattform herstellen.
• Die Knoten werden aktiviert.

Der Aufbau eines privaten Netzwerks erfordert das entsprechende Know-edge , damit die verschiedenen Komponenten koordiniert werden und alles einwandfrei funktioniert.

Welche Netzbetreiber stehen zur Verfügung?

gibt es laut LoRaWAN Alliance 170 LoRaWAN-Betreiber The Things Network , ein offenes, globales und gemeinschaftlich betriebenes Netzwerk, und Lor iot , ein LoRaWAN-Netzwerkserver-Anbieter, der eine kostenlose öffentliche Version seines Dienstes für Machbarkeitsstudien, akademische Forschung oder LoRaWAN-Enthusiasten anbietet.