Wissen/Schnittstellen erklärt/LoRa und LoRaWAN

Schnittstellen erklärtLoRaWAN

Was ist LoRaWAN? LoRa und LoRaWAN für Zähler erklärt

LoRaWAN ist ein Funknetz für kleine Datenmengen über grosse Distanzen. Zähler senden ihre Werte in festen Abständen an ein Gateway, ein Kabel zum Zähler ist nicht nötig. LoRa ist die Funktechnik darunter, LoRaWAN das Netzwerkprotokoll darüber.

Das Wichtigste in Kürze

  • LoRa ist eine Funkmodulation mit Chirp-Spreizspektrum: viel Reichweite, wenig Datenrate.
  • LoRaWAN ist das Netzwerkprotokoll der LoRa Alliance, mit Gateways, Netzserver und Verschlüsselung.
  • In Europa funkt LoRaWAN lizenzfrei im Band 863–870 MHz, mit begrenzter Sendezeit (Duty Cycle).
  • Geräte melden sich per OTAA mit DevEUI, JoinEUI und AppKey am Netz an.
  • Geeignet für Viertelstunden- oder Stundenwerte, nicht für Sekundenwerte.

Auf dieser Seite

Was ist der Unterschied zwischen LoRa und LoRaWAN?

LoRa ist die Funktechnik: eine Modulation, die ein schmales Signal so breit auffächert, dass es selbst unter dem Rauschen noch erkannt wird. Das bringt Reichweite und kostet Datenrate. LoRaWAN ist das Netzwerkprotokoll darüber. Es regelt, wie Geräte sich anmelden, wie die Daten verschlüsselt werden und wie sie vom Gateway zum Netzserver gelangen. Mehr dazu im Beitrag LoRa oder LoRaWAN?.

Wie ist ein LoRaWAN-Netz aufgebaut?

  1. Endgerät: der Zähler oder Sensor. Er sendet seine Daten per Funk, ohne einem bestimmten Gateway zugeordnet zu sein.
  2. Gateway: empfängt alle LoRa-Pakete in Reichweite und leitet sie über Ethernet oder Mobilfunk an den Netzserver weiter.
  3. Netzserver: prüft die Pakete, entfernt doppelt empfangene und verwaltet Geräte und Schlüssel. Beispiele sind The Things Network und ChirpStack.
  4. Anwendungsserver: entschlüsselt die Nutzdaten und gibt sie per MQTT, HTTP oder Schnittstelle an Ihr System weiter.

Die Nutzdaten sind zweifach mit AES-128 verschlüsselt: einmal für das Netz und einmal von Ende zu Ende für die Anwendung. Das Gateway sieht den Inhalt nicht.

Wie meldet sich ein Gerät an: OTAA oder ABP?

Bei OTAA (Over-the-Air Activation) schickt das Gerät eine Beitrittsanfrage mit DevEUI und JoinEUI. Der Netzserver prüft sie mit dem AppKey und vergibt neue Sitzungsschlüssel. Bei ABP (Activation by Personalization) sind die Sitzungsschlüssel fest im Gerät gespeichert. OTAA ist sicherer und der übliche Weg.

Was bedeuten die Klassen A, B und C?

KlasseEmpfangStromverbrauchTypischer Einsatz
Anach jedem Senden zwei kurze Empfangsfenstersehr geringbatteriebetriebene Sensoren, Wasserzähler
Bzusätzlich Empfangsfenster nach ZeitplangeringGeräte, die zu festen Zeiten Befehle erhalten
CEmpfang fast dauernd offenhöhernetzgespeiste Geräte wie Stromzähler

Welche Reichweite hat LoRaWAN?

Im Freien sind mehrere Kilometer üblich, auf dem Land mit freier Sicht auch deutlich mehr. In Gebäuden ist die Reichweite kürzer: Betondecken, Metalltüren und Zählerschränke dämpfen das Signal stark, Untergeschosse sind oft am schwierigsten. Ein Gateway im Gebäude oder eine externe Antenne am Zähler löst das meist.

Wie weit ein Paket kommt, bestimmt auch der Spreizfaktor, SF7 bis SF12. Ein höherer Spreizfaktor reicht weiter, braucht aber länger für die Übertragung und damit mehr von der begrenzten Sendezeit. Mit ADR (Adaptive Data Rate) wählt der Netzserver für jedes Gerät den kleinsten Spreizfaktor, der noch zuverlässig ankommt.

Warum liefert LoRaWAN keine Sekundenwerte?

Im Band EU868 darf ein Gerät in den meisten Teilbändern höchstens 1 % der Zeit senden. Bei hohem Spreizfaktor kann ein einzelnes Paket über eine Sekunde dauern, entsprechend lang ist die Pause danach. Für Zähler ist das kein Nachteil: Ein Wert alle 15 Minuten reicht für Abrechnung und Lastgang.

Ein LoRaWAN-Paket ist zudem nur wenige Dutzend Byte gross und binär codiert. Damit aus den Bytes Zählerstände werden, braucht der Netz- oder Anwendungsserver einen Decoder für das jeweilige Gerät. Wie das geht, zeigt der Beitrag LoRa-Payload decodieren.

LoRaWAN mit Geräten von EMU

Der Stromzähler EMU Professional II mit LoRa arbeitet nach LoRaWAN 1.0.3 in Klasse C, meldet sich standardmässig per OTAA an und sendet alle 15 Minuten Bezug und Lieferung je Tarif. Es gibt ihn mit interner Antenne oder zusätzlich mit SMA-Anschluss für eine externe Antenne.

Für The Things Network gibt es eine Gerätevorlage, den Decoder stellen wir auf GitHub bereit. Die Anleitung steht unter EMU Professional II LoRa in The Things Network. Wer keinen eigenen Netzserver betreiben will, empfängt die Werte direkt in Joulio-Web mit integriertem Netzserver.

Häufige Fragen


Ist LoRa dasselbe wie LoRaWAN?

Nein. LoRa ist die Funktechnik, LoRaWAN das Netzwerkprotokoll mit Gateways, Netzserver und Verschlüsselung, das auf LoRa aufbaut.

Brauche ich ein eigenes Gateway?

Nicht unbedingt. Wo ein öffentliches Netz wie The Things Network oder ein Netz eines Anbieters Empfang hat, reicht das. Für Zähler im Untergeschoss oder wenn die Verfügbarkeit zugesichert sein muss, ist ein eigenes Gateway im Gebäude meist die bessere Wahl.

Ist LoRaWAN verschlüsselt?

Ja. Die Nutzdaten sind mit AES-128 verschlüsselt, getrennt für das Netz und für die Anwendung. Gateway und Netzbetreiber sehen die Messwerte nicht.

Wie oft kann ein LoRaWAN-Zähler senden?

Das begrenzen der Duty Cycle und der Spreizfaktor. Üblich sind Abstände von 15 Minuten bis zu einer Stunde. Der EMU Professional II sendet standardmässig alle 15 Minuten.

Was ist der Unterschied zwischen LoRaWAN und Wireless M-Bus?

Beide funken bei 868 MHz, sind aber nicht kompatibel. Wireless M-Bus ist für das Auslesen von Zählern über kurze Distanzen gedacht, etwa über Sammler im Gebäude. LoRaWAN ist ein Netz mit Gateways und Netzserver, das grössere Distanzen überbrückt und die Daten direkt ins Zielsystem liefert.

Weiterlesen


SEITEStromzähler mit LoRaEMU Professional II mit LoRaWAN SEITEThe Things NetworkEMU Professional II LoRa einbinden SEITELoRa oder LoRaWAN?Die beiden Begriffe sauber getrennt SEITESchnittstellen erklärtAlle fünf Schnittstellen im Vergleich

Zähler per Funk auslesen?


Schicken Sie uns die Zahl der Zähler, ihren Standort im Gebäude und das Zielsystem. Wir sagen Ihnen, ob LoRaWAN passt und was es dafür braucht.

Telefon
+41 (0)41 545 03 00

Technischer Support
helpdesk [at] emuag.ch
Supportformular →