LPWAN Funksystem für Internet der Dinge

Smart Metering im Internet der Dinge

LPWAN-Lösung für Wasserzähler, Wärmemengenzähler, Heizkostenverteiler, Rauchwarnmelder

Im Internet der Dinge (engl. Internet of Things oder kurz IoT) sind rund um den Globus Milliarden von intelligenten Objekten (Smart Things) miteinander vernetzt. Auch die weltweite Einbindung funkfähiger Wasserzähler, Wärmezähler bzw. Wärmemengenzähler, Gaszähler oder Stromzähler ist möglich.

Intelligente Verbrauchszähler tauschen kleinste Datenmengen aus und benötigen dafür nur eine sehr geringe Datenrate und eine minimale Batterieleistung. Prädestiniert für die Auslesung von Messgeräten ist die LPWAN-Technologie, denn sie deckt einen großen Entfernungsbereich ab, hat eine niedrige Datenrate und ist speziell für die Auslesung von Wasserzählern und anderen Messgeräten sehr kostengünstig zu realisieren.

LPWAN steht für Low-Power-Wide-Area Network und beschreibt ein drahtloses Telekommunikationsnetz mit minimaler Energieaufnahme, in dem vor allem batteriebetriebene Objekte wie Sensoren oder funkfähige Wasserzähler oder Wärmezähler vernetzt sind. Ausgestattet mit entsprechenden Funkmodulen, wie dem EDC-Modul von ZENNER, können die Wasserzähler, Wärmemengenzähler, Gas- oder Stromzähler in solche Netzwerke integriert werden.

LPWAN ist optimiert für die Übertragung von kleinen Datenmengen über weite Strecken von bis zu 15 Kilometern hinweg – und das bei extrem geringem Energieverbrauch. Damit ist es zum Beispiel ideal für Verbrauchszähler und Sensoren geeignet, die so jahrelang mit der Energiereserve einer Batterie auskommen können. Die Frequenzen haben darüber hinaus eine gute Durchdringung und gelangen auch zuverlässig in schwer zugängliche Schächte und Kellerräume.

Bei der Entwicklung smarter LPWAN-Lösungen für das Internet der Dinge setzt Zenner in Zukunft auf zwei Kommunikationsstandards.

Zum einen auf den sich international zunehmend etablierenden Kommunikationsstandard LoRaWAN™, der von der LoRa® Alliance entwickelt wurde, einer internationalen Non-Profit-Organisation, zu deren Mitgliedern auch ZENNER seit März 2016 zählt.

Zum anderen setzt man bei Zenner auf die Lösung von Sigfox. Sigfox ist ein 2009 gegründetes französisches Unternehmen mit Sitz in Labège, das weltweit drahtlose Netzwerke zur Verbindung von sog. Niedrigenergie-Objekten aufbaut.

Die Messgeräte senden in bestimmten Intervallen eigenständig ein Datenprotokoll an eine bestehende Antenne (Base Station). Von dort werden die Daten in eine Daten Cloud übertragen und stehen für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung. Die Funkprotokolle sind aus Gründen der Datensicherheit nach neuestem technischem Stand verschlüsselt.

Durch den Einsatz der weitreichenden Technologien LPWAN, ist eine kostengünstige Fixed-Network Fernauslesung von tausenden Verbrauchsmessgeräten möglich. Die Zähler- und Gerätekommunikation über das Internet der Dinge über LPWAN bedeutet außerdem, dass Zähler öfter, schneller und kostensparender abgelesen werden können. Auch einzelne Zähler (z.B. Schachtzähler), die bisher nur mit hohem Aufwand ausgelesen werden konnten, können in das LPWAN eingebunden werden.

Einige Begriffe kurz erklärt

Das Internet der Dinge
Der Begriff des Internet der Dinge (engl. Internet of Things oder kurz IoT) beschreibt die Vernetzung „intelligenter“ Objekte, die in Industrieanlagen, an öffentlichen Orten oder auch in privaten Haushalten installiert sind. Schon heute sind wir von Milliarden vernetzter Objekte umgeben Diese sollen durch die Vernetzung über ihren alltäglichen Gebrauchswert hinauswachsen, indem Sensoren und Aktoren die Funktionalität um die Erfassung von Zuständen bzw. die Ausführung von Aktionen erweitern. Experten schätzen, dass es bis zum Jahr 2020 weltweit ca. 1 Billion vernetzte Geräte geben wird. Zu den unzähligen Anwendungsbereichen gehören beispielsweise die industrielle Prozesssteuerung, Automations-Systeme, Paketverfolgung, intelligente Parkplatz-Systeme, Sicherheits- und Fahrerassistenzsysteme für Automobile, intelligente Energiesteuerungstechnik für Haushalte oder Energieversorgungs-Managementsysteme.

LPWAN (auch LPN)
steht für Low-Power-Wide-Area Network und beschreibt ein drahtloses Telekommunikationsnetz mit geringer Energieaufnahme, in dem verschiedene, meist batteriebetriebene, Objekte wie Sensoren oder Verbrauchszähler (Wasser-, Wärme-, Gas- oder Stromzähler), aber auch Alltagsgegenständen über eine Langstreckenkommunikation verbunden sind und mit einer niedrigen Bitrate kommunizieren. Intelligente Verbrauchszähler beispielsweise tauschen lediglich kleine Datenmengen aus und benötigen dafür nur eine geringe Bandbreite und Leistung. Bezeichnet wird diese Art der Kommunikation zwischen Geräten auch als Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation. Es deckt einen großen Entfernungsbereich ab, hat eine niedrige Datenrate und ist kostengünstig zu realisieren.

LoRa®
LoRa® steht für Long Range, also hohe (Funk)Reichweite, für Low Power mit niedrigem Energieverbrauch und für Low Cost als günstige Alternative zu den bisherigen Datenübertragungswegen. Seit April 2016 ist Zenner Mitglied der LoRa®Alliance, deren Mitglieder sich zum Ziel gesetzt haben LoRa® als Kommunikationsstandard für das Internet der Dinge, die Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation sowie für Industrie- und Smart-City-Anwendungen zu etablieren. Neben den bekannten Technologien wie GPRS, GSM, 4G oder LTE etabliert sich in vielen Ländern Europas, in den USA, Südafrika und Teilen von Asien die unter dem Markennamen LoRaWAN™ bezeichnete Technologie. Durch den Austausch von Wissen und Erfahrungen soll die Interoperabilität zwischen den Teilnehmern in einem offenen, weltweiten Standard ermöglicht werden."

LoRaWAN™
LoRaWAN™ steht für „Long Range Wide Area Network“ und ist ein LPWAN-Standard für die drahtlose Kommunikation zwischen batteriebetriebenen Objekten. LoRaWAN™ nutzt in Europa den Frequenzbereich um 868 Megahertz (USA: 915 Megahertz). Im Stadtgebiet erreicht LoRaWAN™ eine Reichweite von bis zu zwei Kilometer, in ländlichen Gebieten sind es bis zu 15 Kilometer. Durch einen geringen Stromverbrauch kann die Batterielebensdauer je nach Anwendung bis zu 10 Jahre betragen. LoRaWAN™ ist ein offener Standard und erleichtert Benutzern, Entwicklern und Unternehmen so den Einstieg in das Internet der Dinge. Gleichzeitig erfüllt LoRaWAN™ hinsichtlich der Verschlüsselung höchste Sicherheitsstandards.

SIGFOX
Sigfox ist ein 2009 gegründetes, französisches Unternehmen mit Sitz in Labège. Wie die LoRa® Alliance hat auch Sigfox einen Kommunikationsstandard für das Internet der Dinge entwickelt und baut weltweit ein drahtloses Netzwerk zur Verbindung von Niedrigenergie-Objekten auf. Zu diesen Objekten gehören Wasser-, Wärme-, Gas- oder Stromzähler sowie Smart-Watches und Haushaltsgeräte, die kontinuierlich geringe Mengen an Daten versenden. Das schmalbandige Funknetz erreicht maximal 1.000 Bit pro Sekunde, je Nachricht sendet es bis zu 12 Byte. Pro Tag darf ein Gerät maximal 140 Nachrichten senden. Das ermöglicht Anwendungen wie vernetzte Verbrauchszähler, in Parkuhren eingebaute Parkplatzmelder, Feuchtesensoren für die Landwirtschaft oder Rauch- und Einbruchsmelder.