Leitfaden für LoRaWAN-Sensoren: Anwendungsfälle und Typen

Dieser Artikel ist eine Einführung in Long Range Wide Area Network (LoRaWAN)-Sensoren und erklärt, warum sie wichtig sind. Er erklärt die Vorteile des Einsatzes eines LoRaWAN-Sensors, was ein Internet der Dinge (IoT)-Sensor ist, welche Arten von Sensoren es gibt und das Funktionsprinzip der LoRaWAN-Sensoren, gefolgt von einigen verschiedenen Arten von LoRaWAN-Sensoren. Abschließend werden wir die Vorteile der Verwendung von LoRaWAN-Sensoren in Ihrer IoT-Anwendung erläutern. 

Was ist LoRaWAN und warum ist es wichtig? 

Wie in früheren Artikeln beschrieben, LoRaWAN steht für "Long Range Wide Area Network" und ist ein Netzwerkprotokoll, das auf der LoRa-Funkmodulation aufbaut. Es ist durch die Förderung von Allianzen, die LoRa für Anwendungen im Internet der Dinge (IoT) vorantreiben, populär geworden. Zu den vielversprechenden Merkmalen gehören: 

• Betrieb mit großer Reichweite: LoRaWAN IoT-Anwendungen können eine weitreichende Ko1TP14Kommunikation aufbauen, die in einer ländlichen Umgebung bis zu 13 km und in einer städtischen Umgebung bis zu ~ 10 km beträgt. 
• Geringer Stromverbrauch: LoRaWAN-Geräte, die durch die LoRa-Funkmodulation ermöglicht werden, verbrauchen im Vergleich zu anderen Wide Area Networks (WAN), wie z.B. der zellularen communication, wenig Strom. 
• Sichere Verbindung: LoRa-fähige Geräte sind mit einer 128-Bit-AES-Verschlüsselung ausgestattet, um die Übertragung von Informationen zu sichern. 
• Verbesserte Batterielebensdauer: LoRa-Geräte sind in der Regel batteriebetrieben und haben eine Batterielebensdauer von etwa 10 Jahren. 
• Niedrige Kosten der Geräte 

Diese Eigenschaften machen LoRaWAN zu einer beliebten Option für Low Power WAN (LPWAN) IoT-Anwendungen, die eine geringe Nutzlast und Bandbreite erfordern. 

Was ist ein LoRaWAN-Sensor? 

LoRaWAN-Sensoren sind die Endgeräte, die in einem LoRaWAN-Netzwerk eingesetzt werden. Sie fallen unter die großen Kategorien der IoT-Sensoren. Daher lohnt es sich, zu erörtern, was ein IoT-Sensor ist.  

Ein IoT-Sensor ist das Endgerät, das für die Interaktion mit der physischen Umgebung verantwortlich ist. Sie erfassen physikalische Parameterwerte und wandeln sie in Signale um, die dann von einem intelligenten Knoten wie einem Mikrocontroller gelesen werden. Das Hauptmerkmal eines IoT-Sensors besteht darin, dass er die gesammelten physikalischen Daten über das Internet an den intelligenten Knotenpunkt überträgt. Zur Erleichterung der Internetverbindung werden häufig verschiedene drahtlose Kommunikationsmedien wie Wi-Fi und Mobilfunk verwendet. 

Nachdem wir nun kurz verstanden haben, was ein IoT-Sensor ist, wollen wir sehen, was LoRaWAN-Sensoren sind. LoRaWAN-Sensoren sind eine Art von IoT-Sensoren, bei denen das drahtlose Kommunikationsmedium die LoRa-Funkmodulation ist. Sie haben von Natur aus die vorteilhaften Eigenschaften der LoRa-Funkmodulation, die wir bereits besprochen haben. LoRaWAN-Sensoren verhalten sich wie normale IoT-Sensoren, abgesehen von diesen inhärenten Merkmalen. Sie sind jedoch so angepasst, dass sie in LoRaWAN-Netzen und nicht in herkömmlichen WAN-Netzen eingesetzt werden können. 

Der Bedarf an solchen LoRaWAN-Sensoren entstand aufgrund der vielen Anwendungen, die die LoRa-Funkmodulation nutzen. Der Grund dafür sind die geringen Kosten und der niedrige Stromverbrauch, wodurch sie sich ideal für batteriebetriebene Sensoren eignen. Außerdem können LoRaWAN-Sensoren Informationen über große Entfernungen übertragen, was sie herkömmlichen IoT-Sensoren überlegen macht. Aufgrund der LoRa-Funkmodulation können sie auch in Umgebungen, in denen es mehr Interferenzen und Rauschen gibt, sehr gut funktionieren.  

Arbeitsprinzip des LoRaWAN-Sensors

LoRaWAN-Sensoren bestehen aus zwei Hauptelementen: 

• Sensorelement 
• LoRa-Modul 

Das Sensorelement ist für die Erfassung oder Messung der gewünschten physikalischen Parameter verantwortlich. Diese können aus verschiedenen Sensorelementen wie Beschleunigungsmessern, Temperaturfühlern, Drucksensoren usw. bestehen.  

Das LoRa-Modul fungiert als Funkmodul oder als communication-Modul. Es ermöglicht die LoRa-Funkmodulation, um die Übertragung der gesammelten Sensordaten an eine intelligente Einheit zu ermöglichen. Es ist auch für die Durchführung von Sicherheitsmaßnahmen verantwortlich, wie z. B. eine angemessene Verschlüsselung, um die LoRa-Funkmodulation zu ermöglichen. LoRa-Module würden Daten nicht kontinuierlich übertragen und haben eine begrenzte Übertragungsrate. Dies führt jedoch zu einer zusätzlichen Latenz bei der Kommelekommunikation. LoRaWAN-Sensoren werden in drei Hauptklassen unterteilt, je nach ihrem Datenübertragungsmodus in der Empfangsverbindung: 

• Klasse A: Diese dürfen Informationen in bestimmten Empfangsfenstern empfangen 
• Klasse B: Diese erhalten zusätzliche Empfangsfenster, die jedoch vorgeplant sind 
• Klasse C: Diese Geräte empfangen nur dann Informationen, wenn sie Daten übertragen, so dass die Latenzzeit geringer ist. Allerdings sind diese Klassen von Geräten sehr energieintensiv 

Im Idealfall würden LoRaWAN-Sensoren die Sensordaten an eine LoRa-Gateway im LoRaWAN oder in einigen Fällen direkt an einen zentralen Knoten wie einen Server. Diese Informationen werden dann von einem zentralen Knoten, z. B. einem lokalen Server oder einem Cloud-Server, verarbeitet, auf den der Benutzer zugreifen und seine Anwendung überwachen kann. 

Arten von LoRaWAN-Sensoren 

LoRaWAN-Sensoren lassen sich je nach Art der Anwendung in verschiedene Kategorien einteilen. LoRaWAN-Netzwerke sind in den folgenden vertikalen Bereichen beliebt: 

• Überwachungsanwendungen: LoRaWAN-Geräte können Informationen in kurzen Nachrichtenpaketen senden und eignen sich daher für Anwendungen, die keine ununterbrochene Überwachung erfordern. 
• Sichere Anwendungen: Aufgrund der inhärenten Sicherheitsmerkmale werden LoRaWAN-Sensoren in Anwendungen bevorzugt, die hohe Sicherheit erfordern 
• Anwendungen mit großer Reichweite: LoRaWAN-Sensoren können Informationen über große Entfernungen übertragen, was sie zu einem idealen Kandidaten für die Überwachung von Anlagen macht, die einen Betrieb über große Entfernungen erfordern 

Abhängig von der Branche und den verschiedenen Anwendungsarten unterscheiden sich die LoRaWAN-Sensoren. In diesem Artikel gehen wir kurz auf einige der common LoRaWAN-Sensoren ein. 

• Bewegungssensoren 

Sie werden zur Erkennung von Bewegungen in Anwendungen wie Anlagenüberwachung, Haussicherheit, Automatisierungsanwendungen und Belegungsüberwachung eingesetzt. Bewegungssensoren können die Bewegung von Personen und Objekten erkennen. Sie lösen dann einen Alarm aus oder zählen die erkannten Bewegungen. Es gibt verschiedene commercial-Bewegungsmelder, die für unterschiedliche Anwendungsbereiche geeignet sind. 

• Verfolgungssensoren 

LoRaWAN-Sensoren sind für die Verfolgung von Vermögenswerten in Branchen wie Lieferketten nützlich. Sie werden in der Regel auf Objekten oder Personen angebracht, um sie über große Entfernungen zu verfolgen. Der Hauptvorteil von LoRaWAN-Ortungssensoren im Vergleich zu anderen Ortungsgeräten ist ihre Energieeffizienz. 

• Umwelt-Sensoren 

Dies sind die beliebtesten LoRaWAN-Sensoren, die derzeit im Einsatz sind. LoRaWAN-Umweltsensoren können den CO2-Gehalt, die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, die Luftqualität usw. messen und werden häufig in der intelligenten Landwirtschaft, bei der Katastrophenüberwachung, in intelligenten Städten und bei anderen öffentlichen Diensten eingesetzt. Derzeit besteht eine große Nachfrage nach LoRaWAN-Umweltsensoren, da sie wenig Strom verbrauchen und weniger Wartungskosten verursachen. 

Warum LoRaWAN-Sensoren verwenden? 

Sie können LoRaWAN-Sensoren für Ihre Anwendung in Betracht ziehen, wenn Sie die folgenden Faktoren prüfen: 

• Nutzung des LoRaWAN-Netzwerks für den Betrieb über große Entfernungen 
• Verwendung von batteriebetriebenen Endgeräten, wodurch der zulässige Stromverbrauch begrenzt wird 
• Das Vorhandensein zahlreicher Lärmquellen und Störungen in der Betriebsumgebung. Ein gutes Beispiel für eine solche Umgebung ist eine Automatisierungsanlage 
• Sicherheit und Zuverlässigkeit sind die wichtigsten Faktoren bei der Anwendung 

Die Gründe für die Wahl von LoRaWAN-Sensoren sind jedoch nicht auf die oben genannten Faktoren beschränkt, sondern hängen von der Art der Benutzeranwendung ab. 

Vorteile des LoRaWAN-Sensors

Einige der wichtigsten Vorteile des Einsatzes von LoRaWAN-Sensoren sind: 

• Sie sind einfach zu implementieren. Auch die anfallenden Wartungskosten sind im Vergleich zu anderen IoT-Lösungen wie Wi-Fi sehr gering 
• LoRaWAN-Sensoren nutzen die unlizenziertes Frequenzspektrumdie keine zusätzlichen Lizenzierungskosten erfordern 
• Geringer Stromverbrauch und große Reichweite machen sie zu einer beliebten LPWAN-Netzwerklösung 
• Mit der Gründung der LoRa-AllianzLoRa-basierte Sensoren werden unterstützt und sind weltweit anerkannt. 
• Lang anhaltende Lebensdauer der Batterie 
• Sichere und zuverlässige Verbindung 

Schlussfolgerung 

Zusammenfassend können wir sagen, dass LoRaWAN-Sensoren eine beliebte Lösung für Ihre IoT-Anwendung sind, wenn die Reichweite und die Batterielebensdauer Ihre größten Bedenken sind. Nichtsdestotrotz gewährleisten LoRaWAN-Sensoren die Zuverlässigkeit von Wide Area Network IoT-Anwendungen.