Zentrales Element des Projektes ist eine gemeinsame, mandantenfähige IoT Plattform, welche für alle ‘smarten Projekte’ im Kanton gleichermassen zur Verfügung gestellt werden kann. Diese Plattform kann sowohl Daten von Sensoren empfangen, die über:

• das LTE/5G Netzwerk senden
• ‘private’ WLAN das Internet erreichen
• ein neues LoRa-WAN welches ebenfalls im Rahmen dieses Projektes aufgebaut werden soll

Die Plattform soll so aufgebaut werden, dass die verschiedenen Benutzer und Anwender, je einen eigenen Mandanten haben und über eine ‘Self-Service’ Management-Konsole (Web-basierend) ihre eigenen smarten Sensoren anmelden und managen können. Die Plattform bildet die Grundlage für die smarten IoT und Industrie 4.0 Projekte im Kanton (Beispiele und Anwendungsfälle siehe unten).

In einem ersten Schritt geht es darum, exemplarische Anwendungsfälle mit und bei den Partnern zu identifizieren und mittels PoC (Proof of Concepts) umzusetzen.

Ebenfalls soll festgestellt werden, wie weit der Bedarf nach solchen Konzepten bereits ist und wer eine solche Plattform betreiben könnte.

Die Devices dienen zum Beispiel dazu unsere Umwelt zu überwachen, Verkehrsströme zu messen und Energieflüsse zu erheben. Es sind kaum Grenzen gesetzt, was die Anwendungsfälle betrifft.

Es wäre auch ein tragfähiges Betriebskonzept zu entwickeln, damit diese Plattform selbsttragend und durch die Nutzer der Plattform finanziert wird.

Aus was besteht diese IoT-Plattform?

Eine IoT-Plattform ermöglicht die Vernetzung verschiedenartiger Geräte und Applikationen im Internet der Dinge. Die Technologie sorgt für den Informationsaustausch, indem sie die systemübergreifende Verknüpfung herstellt und Funktionen zur Steuerung und Analyse von Daten bietet.

Eine IoT-Plattform kann man sich als Dolmetscher und Service-Zentrale im Internet der Dinge vorstellen. Sie sorgt dafür, dass sich verschiedenartige Gerätetypen und Anwendungen über ihre jeweils eigenen Kommunikationswege austauschen und sich in der Form verstehen, dass sie aufeinander automatisiert reagieren können.

Wir sehen darüber hinaus auch noch die Notwendigkeit, dass die Daten, welche über die Sensoren gesammelt werden, je nach Anwendungsfall gespeichert, dass Zustände und Werte angezeigt (Dashboard) und entsprechende Alarme ausgelöst werden können.

Zu den grundlegenden Funktionen einer IoT-Plattform gehören Identifikation, Anbindung, Management von Geräten, Sammlung, Verwaltung und Analyse von Daten, Visualisierung der Analyseergebnisse und Reporting. Nicht zuletzt unterstützen sie die Entwicklung und Inbetriebnahme von IoT-Applikationen sowie die Einbindung in bestehende IT-Umgebungen.

Sollte ein Anwender eine eigene Applikation haben, z.B. im Falle von Smart Metering die Abrechnungssysteme, werden die Werte entsprechend an die Anwendungen weitergeleitet und von diesen verarbeitet.

Aufbau eines AR-LoRa Netzes

Viele heutige, smarte Sensoren arbeiten über das LTE/5G Netz oder über WLAN. D.h. sie sind über das Internet verbunden und erreichen die IoT Plattform über das Internet. Bei LowPower, respektive bei tieffrequenten Sensoren, wird jedoch eine sogenanntes LoRa-WAN benötigt. Der Vorteil von LoRa-Sensoren, liegt darin, dass diese auf einer sehr tiefen Funkfrequenz senden und dadurch mit geringem Energieaufwand sehr weit senden können (>6 km). LoRa-Sensoren können somit weit ausserhalb der üblichen Infrastruktur und über sehr lange Zeit autonom betrieben werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die tiefe Sende-Frequenz aus Kellern und Schächten sicher gesendet werden kann.

Auf Grund der tiefen Funkfrequenzen ist für den  Aufbau von LoRa-Antennen (genannt Gateways) keine Bewilligung notwendig. Je nach Topografie kann eine solche Antenne zwischen 3km (Stadt) und 6-10km (Land) abdecken..

Um das Appenzellerland mit einem LoRa-Netz flächendeckend bedienen zu können, werden auf nicht viele dieser Antennen benötigt.

Würde man z.B. entlang der Appenzeller Bahnen sowie auf unseren Ausflugsbergen einige solcher Gateways aufstellen, könnte sehr schnell eine gute Abdeckung erreicht werden.

Mit diesem Netz könnte man z.B. bezüglich dem «Smart Metering» (Strom-, Wasser-, Gas- und Wärmezähler) eine sehr gute Basis für die Zukunft legen.

Ebenfalls würde ein solches Netzwerk erlauben, Hänge, Wasserläufen und Schächte zu Überwachen und bei Bedarf zu alarmieren. Den Anwendungsfällen, welche sich mit einer solchen Infrastruktur abbilden liessen, sind kaum Grenzen gesetzt.

Die Nutzung eines LoRaWAN ist auf das Gebiet eingeschränkt, wo eigene Gateways stehen. Möchte man z.B. eine Nationale oder gar Internationale Anwendung, muss auf ein nationales Netz (Swisscom) oder ein internationales Netz (TheThingsNetwork) ausgewichen werden. Die IoT Plattform als solches würde man aber dennoch benötigen.

Möchte eine Gemeinde, eine eigene, noch bessere Abdeckung erreichen, so könnten die eignen Gateways ohne weiteres in den LoRaWAN Verbund aufgenommen werden. Ebenfalls sollten die Netze auch auswertigen «Dienstleistern» zur Nutzung zur Verfügung gestellt werden können (z.B. für regionale Entsorgungslösungen, Wasser-Wirtschaft etc.).

Auch könnten private Initiativen, z.B. für den Wärmeverbund eingebunden werden und so Synergien für die einzelnen Nutzer freigesetzt werden.

Aus unserer Sicht ist für eine zukünftige, smarte Infrastruktur ein solches LoRa-WAN unter der Kontrolle von lokalen Institutionen ebenso notwendig, wie die eigentliche IoT-Plattform.

Wir haben beschlossen, im Rahmen dieses Projektes auf die internationale, offene Plattform von TheThingsNetwork aufzusetzen und damit Teil einer weltweiten Abdeckung für LoRa-Sensoren zu werden.