Das Internet der Dinge ist in aller Munde und eine der Grundpfeiler des Megatrends der digitalen Transformation. Ein wesentlicher Bestandteil der digitalen Transformation ist die Möglichkeit der Vernetzung verschiedener „Dinge“ (Stichwort Internet of Things IoT) und das effiziente Übermitteln der Daten dieser „Dinge“ in Realtime. Man spricht in diesem Fall von «Konnektivität», enormen Bandbreiten, welche die extremen Datenmengen übermitteln sollen. Um dies zu ermöglichen werden in erster Linie unsere bestehenden Mobilfunknetze genutzt und dafür noch weiter ausgebaut (Stichwort: 4G und 5G Netze).

In diesem Artikel wollen wir jedoch nicht über diese bestehenden Netze berichten, sondern über eine neuere, in Zukunft nicht minder wichtige Form eines solchen Netzwerkes.

Ein wesentlicher Nachteil unserer Mobilfunknetze ist die Notwendigkeit eines engmaschigen Netzes an Antennen und die Akzeptanz in der Bevölkerung bezüglich des Ausbaus dieser Netze. Ein weiterer Nachteil ist die Durchdringung der „Funkstrahlen“ durch Wände und Böden(z.B. in die Keller und unterirdischen Anlagen). Das heisst, mit LTE, 4G und 5G Sensoren besteht schnell einmal keine Verbindung zur Aussenwelt und in ländlichen Gegenden kann die Datenübertragung durchaus verunmöglicht sein.

Abhilfe schafft in einem solchen Fall ein sogenanntes LoRa-WAN Netzwerk.

Was ist eigentlich LoRa-WAN?

Long Range Wide Area Network (LoRa-WAN) bezeichnet ein ganzes System aus Servern, Gateways und Nodes — also Netzwerknoten in der Datenübertragung — sowie das entsprechende Protokoll für Funkverbindungen. Für dieses System können Frequenzbereiche (ISM-Bänder) genutzt werden, die auch von einem Babyphon oder Funkthermometer verwendet werden. Von Vorteil ist, dass man dank dieser Frequenzbereiche LoRa-WAN zumindest europaweit nutzen kann, ohne dass Mobilfunkkosten entstehen. Ausserdem hat das Gateway, das Daten von Sensoren empfängt und an einen Server weiterleitet, je nach Standard einige Kilometer Reichweite. Die Sensoren selbst haben einen äusserst geringen Energiebedarf, wodurch die Batterielebensdauer sogar einige Jahre betragen kann. Hinzu kommt

Anwendungsbereiche für LoRa-WAN

Es gibt vielfältige Anwendungsbeispiele für das Netzwerk, welches mit ebenso vielfältigen Nodes realisiert werden kann. Mit dem Angebot von Raumklimasensoren, Bewertungsbuttons, Präsenzsensoren und vieles mehr gibt es eine ganze Reihe von Verwendungsmöglichkeiten, die von Smart Cities über mobile Anwendungen sowie Retrofits, d.h. die Nachrüstung von Gebäuden und Anlagen, alles einschliessen, was LoRa-WAN zu einem bedeutenden Akteur im Internet of Things (IoT) macht.

Im Folgenden stellen wir ein paar praktische Beispiele für die Nutzung von LoRa-WAN-Technologien vor:

• Füllstände überprüfen | Ob volle Mülltonnen oder Tanks: Sensoren, die eine maximale Füllmenge erkennen, können dies dank LoRa-WAN übermitteln. So liesse sich im Rahmen der Smart City beispielsweise bei der Müllabholung effizienter steuern, wo der Müllwagen tatsächlich zum Einsatz kommt oder welche Mülltonne rausgestellt werden muss.
• Positionen übermitteln | Wo befindet sich etwas? In LoRa Sensoren können auch GPS-Empfänger integriert werden, welche die Position eines Gegenstands erfassen und übermitteln. Damit lassen sich zum Beispiel die Position von Nutztieren, z.B. auf den Alpen, von Gegenständen wie Baumaschinen übermitteln und laufend überwachen.
• Raumklima ermitteln | Temperatur- oder Feuchtigkeitswerte können durch Sensoren bestimmt und dann weitergeleitet werden. Dies ermöglicht, dass aus Entfernung auf ein Raumklima eingewirkt wirden kann.  Dies könnte zum Beispiel ein Aufenthaltsraum sein, der zu feucht ist oder ein Ofen, in dem Metalle erwärmt werden, welcher zu hohe Temperaturen aufweist.
• Energie- und Wasserverbräuche bestimmen | Mithilfe von LoRa-WAN können Sie Daten von exakten Verbrauchswerten erhalten, was besonders bei verteilten Liegenschaften sinnvoll ist. So muss kein Mitarbeiter vor Ort Messwerte ablesen, weil die Zahlen zentral oder an ausgewählten Stellen empfangen und verarbeitet werden können.
• Störmeldungen erhalten | Eine Überwachung der Funktion von Heizungen oder anderen technischen Geräten ist dank LoRa-WAN ebenfalls möglich. Wenn nicht der genaue Verbrauch relevant ist, sondern die Funktionstüchtigkeit selbst, ermöglicht die Benachrichtigung über das Netzwerk ein zügiges Eingreifen und kann somit Ausfallzeiten von Anlagen verringern.

Theoretisch ist den Anwendungsfällen kaum eine Grenze gesetzt. Mit etwas Fantasie lassen sich hunderte von Anwendung solcher Technologien finden. Wir werden in den nächsten Wochen und Monaten an dieser Stelle entsprechende Anwendungsfälle vorstellen, die wir im Rahmen von Projekten als Verein SmartAR bereits mit Partner umgesetzt haben.

LoRa WAN fürs Appenzellerland!

Wir vom Verein Smart AR, sind davon überzeugt, dass gerade in einem Kanton wie dem Appenzell Ausserrhoden ein solches LoRa-WAN einen sehr grossen Nutzen entfalten könnte. Es dürfte ein wichtiges Puzzle Teil sein für smarte Anwendungen in unserem Kanton. Wir haben uns deshalb das Ziel gesetzt den Aufbau eines solche LoRa-WAN anzustossen und gemeinsam mit Partnern umzusetzen.

Wer kann dieses LoRa-WAN Nutzen?

Dadurch das wir als Grundlage für das LoRa-WAN ein offenes Netz, das «TheThingsNetwork» nutzen und unsere eigenen LoRa-Gateways (so heissen die LoRa Antennen) in diesem Netzwerk beisteuern, haben wir Zugriff auf ein weltumspannendes LoRa Netzwerk und sind Teil dieser offenen Initiative. Die Nutzung des Netzes ist im Grunde für jedermann kostenlos und das Einbinden von Gateways und eigenen Sensoren gestaltet sich sehr einfach.

Unser erklärtes Ziel ist es im Appenzellerland genügend LoRa Gateways zu installieren und alle Gemeinden und Gegenden des Kantons abzudecken. Wir wollen damit allen Gemeinden, dem Gewerbe und der Appenzeller Industrien die Möglichkeit bieten Ihre eigenen Anwendungsfälle auf diesem Netz umsetzen zu können.

Wie kann man sich beteiligen?

Grundsätzlich ist die Installation eines LoRa Gateway nicht bewilligungspflichtig und kann durch jedermann vorgenommen werden. Die Kosten sind überschaubar und liegen je nach Gerät zwischen wenigen hundert bis gut tausend Franken.

Idealerweise werden solche Gateways mit einer gewissen Bodendistanz montiert, um so eine grössere Fläche zu generieren und weitere Distanzen zu erreichen. Höhere Gebäude, zentral gelegen oder auf einer Anhöhe bieten sich hierfür idealerweise an.

Gesucht sind nun Standorte innerhalb unserer Gemeinden, leicht erhöht und mit einem Zugang zum Internet. Dazu könnten Firmen, die Gemeinden, der Kanton oder unsere Bahnbetreiber einen wertvollen Dienst erweisen. Es wäre das Ziel, gemeinsam genügend Plätze für eine solche Antenne zu finden, so dass wir das ganze Appenzellerland abdecken können.

Wer sich interessiert, ggf. Anwendungsfälle hat und mitmachen möchte, kann sich bei unserem Verein melden. Wir werden dann gemeinsam die richtige «Antenne» bestimmen und den Aufbau eines LoRa-Gateways unterstützen.

Strahlt eine solche Antenne? Besteht eine Gefährdung der Gesundheit?

Verständlicherweise bestehen Bedenken der Bevölkerung, wenn es um neue (sichtbare) Antennen geht. Bei LoRa WAN Gateways ist diese Sorge jedoch unbegründet. Durch die sehr tiefe Frequenz strahlt eine solche Antenne bedeutend weniger als z.B. ein im eigenen Haus installierter WLAN-Router und noch viel weniger als eine Mobilfunk-Anlage.

Dieser Blog gibt über dieses Thema entsprechend Auskunft: https://www.ecbm.me/2019/11/06/gefaehrdet-lorawan-strahlung-die-gesundheit/

Nachteile von LoRa WAN

Selbstverständlich hat LoRa nicht nur Vorteile, sondern auch einen bedeutenden Nachteil. Es lassen sich damit keine grossen Datenmengen übermitteln. Die LoRa Technologie ist dafür ausgelegt, nur wenige Datenpakete periodisch zu übermitteln. Sprich man kann z.B. keine Fotos, Ton, Video oder Realtime-Daten senden. Für Informationen zum Klima, Ein/Aus Zustände und periodische Positionsangaben reicht es jedoch allemal aus.

Für Fragen stehen wir vom Verein Smart AR gerne zur Verfügung!

Wenden Sie sich in diesem Fall an: Martin Frischknecht oder Jakob Gülünay