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LoRaWAN kurz erklärt ​

Überblick ​

LoRaWAN ist ein Funknetzstandard, mit dem batteriebetriebene Sensoren über große Distanzen sehr energieeffizient Daten übertragen können. Eingesetzt werden dabei sogenannte Endgeräte (Sensoren), über die Daten per Funk an Gateways gesendet werden. Die Gateways leiten diese Daten über das Internet an einen Netzwerkserver und anschließend an eine Anwendung (z. B. eine IoT-Plattform) weiter.

Die Funktechnik LoRa ermöglicht robuste Übertragungen auch bei schwachen Signalen. Dies wird durch spezielle Modulationsverfahren erreicht, die ein gutes Verhältnis zwischen Reichweite und Energieverbrauch bieten. In Europa wird überwiegend im lizenzfreien Band EU868 gearbeitet; dort gelten Duty-Cycle-Grenzen (typischerweise 1 %), wodurch die Sendezeit pro Stunde begrenzt wird.

Für die Bewertung einer Verbindung werden in der Praxis drei Kennwerte herangezogen:

  • RSSI (Empfangssignalstärke in dBm),
  • SNR (Signal-zu-Rausch-Abstand in dB) und
  • SF (Spreading Factor; bestimmt Reichweite, Datenrate und Sendezeit/Airtime).

Im Regelbetrieb wird angestrebt, dass mit möglichst niedrigem SF bei stabilen RSSI/SNR-Werten gearbeitet wird. Dadurch werden Airtime und Energieverbrauch reduziert, und die Einhaltung der Duty-Cycle-Vorgaben wird unterstützt.

RSSI – Empfangssignalstärke ​

Erläuterung: Der RSSI beschreibt die am Gateway gemessene Signalstärke. Je „weniger negativ“ der Wert, desto stärker ist das Signal. Schwächere RSSI-Werte können durch höhere SF-Einstellungen mitunter kompensiert werden; dies geht jedoch mit längerer Airtime und höherem Energiebedarf einher.

SNR – Signal-zu-Rausch-Abstand ​

Erläuterung: Der SNR kennzeichnet, wie deutlich sich das Nutzsignal vom Rauschen abhebt. LoRa-Signale können auch noch bei negativen SNR-Werten dekodiert werden – wie weit, hängt vom verwendeten SF ab. Schlechte SNR-Werte deuten häufig auf Störungen oder ungünstige Standorte hin.

SF – Spreading Factor ​

Erläuterung: Der Spreading Factor (SF7–SF12) bestimmt die Robustheit der Übertragung. Mit steigendem SF wird eine größere Reichweite ermöglicht; gleichzeitig steigen Airtime und Energieverbrauch, und die Datenrate sinkt. In stabilen Funkumgebungen wird in der Regel ein möglichst niedriger, aber zuverlässiger SF gewählt.

Wichtige Merkmale ​

  • Es wird angestrebt, stabile Verbindungen mit möglichst niedrigem SF zu realisieren, um Airtime und Energieverbrauch zu senken.
  • Bei schwachem RSSI oder schlechtem SNR kann ein höherer SF die Dekodierung ermöglichen; dabei wird jedoch mit längerer Airtime und höherer Last auf die Batterie gerechnet.
  • Durch optimierte Positionierungen (höher/freier Standort, geeignete Antennenausrichtung) kann die Funkqualität verbessert und der Bedarf an hohen SF-Werten reduziert werden.