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TechnikLoRaWAN

Funk­netze für Smart Cities

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Josephine Bollinger-Kanne

Josephine Bollinger-Kanne

freie Journalistin

Niedrigener­gie­funk­netze mit großer Reichweite und dem Kommunika­ti­ons­stan­dard Longe Range Wide Area Network, kurz LoRaWAN, machen von sich Reden. Kommunale Initiativen und Versorger wollen damit Datenquellen für Smart Cities anzapfen. Denn Experten halten Daten für die wichtigste Rohstoff­quelle des 21. Jahrhunderts.

12. Juni 2018

Im Keller ist mit W-LAN, Bluetooth oder Satelliten­emp­fang schnell Schluss. Für die LoRa-Funktechnik sind dicke Betonwände und Strecken über mehrere Kilometer dagegen kein Hindernis. LoRa steht für Long Range und wandelt Daten von lokalen Sensoren mittels Zirpimpulse und Frequenz­sprei­zung in elektroma­gne­ti­sche Wellen um, um sie in Europa im lizenzfreien Frequenz­be­reich von 868 MHz über Nodes und Gateways an Netzwerk­server zu senden, auf denen spezielle Anwendungs­pro­gramme laufen.

Entwickelt hat LoRa das französi­sche Startup Cycleo, das der amerikani­scher Halbleiter­lie­fe­rant Semtech 2012 übernommen hat. Um die Systemar­chi­tektur für das LoRaWAN-Netzwerk offen weiter zu entwickeln, rief Semtech mit IBM und CISCO die Lora-Allianz ins Leben. Seit 2015 schlossen sich dieser über 500 Mitglieds­un­ter­nehmen an. Gemeinsam wachen sie über den LoRaWAN-Kommunika­ti­ons­stan­dard und unterstützen zudem die globale Initiative The Things Network TTN, die sich weltweit in Städten und Gemeinden für das IoT auf Basis von LoRaWAN-Funknetzen einsetzt. Gegründet hat sie der Holländer Wienke Giezeman 2015. Die Initiative stellt auf der internatio­nalen Entwickler­platt­form Github extra Informationen zu Sensoren und Nodes für Endgeräte, Gateways und Applikationen bereit.

Hohe Reichweite und Sparsamkeit

Auf der kommerzi­ellen Ebene sind in Deutschland an vorderster Front Stadtwerke und IT-Unternehmen aktiv, um mit Hilfe von LoRaWAN Daten in florierende Geschäfts­mo­delle umzumünzen. Sind die Reichweite von mehr als zehn Kilometern und der sparsame Energiever­brauch der Sensoren und Lora-Module in den Endgeräten das große Plus, begrenzt die geringe Bandbreite die Datenüber­tra­gung auf maximal 50 kbit/s. Um Zählerstände oder den Füllstand von Müllcontai­nern mehrfach am Tag zu übertragen, reiche auch eine geringe Datenrate aus, sagt Franz Schulte, Geschäfts­führer bei Thüga Smart Service. „Mit einem Stadtwerk und dem ansässigen Abfallwirt­schafts­be­trieb loten wir gerade aus, wo sich eine Füllstands­über­wa­chung lohnt.“ Überfüllte öffentliche Müllcontainer könnten vermieden werden, und halb volle Container bräuchten nicht angefahren zu werden. Der Abfahrts­plan ließe sich effizienter gestalten. Smart Meter zum Erfassen eines Jahresver­brauchs ab 6000 kWh benötigten allerdings mehr Bandbreite, da größere Datenmengen zu übertragen seien, weist Geschäfts­füh­rungs­kol­lege Peter Hornfischer auf Grenzen hin.

Neue Modelle für die Wohnungs­wirt­schaft

Für Verbraucher von bis zu 6.000 kWh gibt es dennoch heute schon moderne Messeinrich­tungen, die man mit LoRaWAN gut bestücken kann. Hornfischer: „Wir pilotieren derzeit unter anderem das Auslesen moderner Messeinrich­tungen, Mehrspar­ten­mes­sung und Betriebs­kos­ten­ab­rech­nung. Hier können sich auch interessante Bündelan­ge­bote für die Wohnungs­wirt­schaft ergeben, die von der modernen Messeinrich­tung über den Wasserzähler bis zum Rauchmelder reichen.“ Am Ende müsse sich das Netz über eine Vielzahl von Anwendungen refinanzieren, da das für einen einzelnen Anwendungs­fall kaum wirtschaft­lich sein werde, ergänzt Schulte zu den Netzkosten.

Auch die Stadtwerke Karlsruhe und die Verkehrs­be­triebe Karlsruhe haben die Müllentsor­gung im Fokus. "15 der 19 geplanten Funkantennen sind im Einsatz", sagt Tamara Stefani, Projektlei­terin der Stadtwer­ke­tochter SWK-Novatec. Die ersten drei Vorserien-Produkte zur Füllstands­mes­sung für Unterflur­con­tainer wurden zur Prüfung vom Hersteller ausgelie­fert. An ihrer Entwicklung beteiligten sich die Verkehrs­be­triebe Karlsruhe VBK, die Zenner IoT Solutions und die Ausbildungs­werk­statt der Stadtwerke. Die Sensoren sollen nun getestet werden, bevor die VBK entscheidet, wie viele zum Einsatz kommen. Die Applikati­ons­server für die Kunden und Anwendungen der SWK ohne weitere Schnittstelle in interne Systeme hat die IT der Stadtwerke Karlsruhe vor ein paar Wochen abgeschlossen.

Testlauf in Ulm

In Ulm lesen die Partner der Kooperation Citysens in einem Feldtest rund 100 Haustrom­zähler aus. Im Ulmer Stadtgebiet stehen dafür acht Basissta­tionen mit Antennen und Gateways bereit, deren Aufbau die Unterneh­mer­initia­tive Ulm digital vorangetrieben hat. Im Projekt Citysens kooperieren die Tochterge­sell­schaft der Stadtwerke Ulm, SWU Energie, und Ulmer IT-Firmen. Eine Applikation bereitet als Integrati­ons­platt­form die abgelesenen Sensordaten in Echtzeit auf und stellt sie für die Übernahme in weiterfüh­rende Systeme der SWU Energie bereit. Die betreffenden Zähler sind mit Leiterplatten ausgestattet, die mit Microchip und Lora-Funkchip bestückt sind. „Um die blinden Flecken im Ulmer Osten und in Neu-Ulm mit abzudecken, sind fünf weitere Gateway-Standorte geplant“, informiert Stephan Schmidt von StS Consult, eine der Partner-Firmen „Nach den Stromzäh­lern werden Wasser und Wärme (Fernwärme/Warmwasser) als nächste Anwendungen kommen.“

Bis zur Smart City ist es in den Pilotpro­jekten bundesweit noch ein weiter Weg. Doch der Wettlauf hat begonnen, um LoRaWAN auch für Ortungsdienste, Alarmanlagen, Parkplatz­ver­mes­sung, Grund- und Feinstaub­mes­sungen zu nutzen.