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LoRaWAN in der Produktion: Funk für Sensoren in der Halle
Wie LoRaWAN funktioniert, welche Reichweite und Batterielaufzeit Sie in der Halle erwarten können, wie sicher die Übertragung ist und wann WLAN oder Bluetooth die bessere Wahl wären.
Wer Temperatur, Luftfeuchte oder Türzustände an vielen Stellen einer Fertigung messen will, steht schnell vor der Frage, wie die Daten vom Sensor ins System kommen. Kabel zu jedem Messpunkt sind teuer, WLAN ist in vielen Hallen für Produktionsanlagen reserviert, und Bluetooth reicht nicht weit genug. LoRaWAN ist für genau diesen Fall gemacht. Dieser Ratgeber erklärt, wie LoRaWAN funktioniert, welche Reichweite und Batterielaufzeit Sie in der Halle erwarten können, wie sicher die Übertragung ist und wann WLAN oder Bluetooth die bessere Wahl wären.
Was LoRaWAN ist
LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network. Es ist ein offener Funkstandard für Sensoren, die kleine Datenmengen über große Entfernungen senden und dabei sehr wenig Energie verbrauchen. Ein Messwert für Temperatur und Luftfeuchte umfasst nur wenige Bytes; mehr muss nicht übertragen werden. Dafür kommt das Signal durch Wände und über weite Strecken.
Das Netz ist sternförmig aufgebaut: Die Sensoren senden ihre Werte per Funk an ein Gateway, das Gateway leitet sie über Ethernet, WLAN oder Mobilfunk an einen Server weiter. In Europa nutzt LoRaWAN das lizenzfreie Frequenzband EU868 zwischen 863 und 870 MHz. Sie brauchen also keine Funklizenz und keinen Vertrag mit einem Netzbetreiber, sondern betreiben Ihr eigenes kleines Funknetz. Die Sensoren der LX-100-Serie arbeiten nach LoRaWAN 1.0.4 in Class A: Sie senden ihren Messwert und hören danach nur kurz auf eine mögliche Antwort, den Rest der Zeit schlafen sie.
Reichweite in der Halle
Unter freier Sicht nennt der Hersteller bis zu 10 km Reichweite für das Gateway GW-8. In Gebäuden ist die Reichweite kürzer, denn Wände, Stahlträger, Regale und Maschinen dämpfen das Signal. Für die Halle gilt laut Hersteller: Ein Gateway empfängt über mehrere hundert Meter. In der Praxis genügt meist eines für eine Halle oder ein Lager. Bei verwinkelten Gebäuden, mehreren Etagen oder getrennten Gebäudeteilen kann ein zweites Gateway sinnvoll sein; das zeigt sich am schnellsten bei einer kurzen Messung vor Ort.
Eine Besonderheit von LoRaWAN hilft dabei: Mit Adaptive Data Rate (ADR) passt das Netz die Übertragung an die Funkverbindung an. Sensoren nahe am Gateway senden schnell und kurz, entfernte Sensoren langsamer und robuster. Für Außenbereiche, Freilager oder Standorte ohne Netzwerkkabel gibt es das GW-8 Pro mit Schutzart IP67 und LTE mit Dual-SIM.
Batterie: Jahre statt Wochen
Weil die Sensoren nur wenige Bytes senden und zwischendurch schlafen, kommen sie mit einer einzelnen Batterie lange aus. Der LX-100-Sensor läuft mit einer AAA-Lithiumbatterie laut Hersteller etwa fünf Jahre, bei einem Messintervall von standardmäßig einer Minute. Die Batterie ist austauschbar, und den Ladestand sehen Sie in der Dashboard-App, bevor sie leer ist. Das macht LoRaWAN-Sensoren auch für Stellen tauglich, an die kein Kabel führt: Kühlschränke, Regale, Schränke oder bewegliche Arbeitsplätze.
Sicherheit der Übertragung
LoRaWAN verschlüsselt jede Nachricht mit AES-128. Der Standard arbeitet dabei mit getrennten Schlüsseln für das Netz und für die Anwendungsdaten, sodass ein Gateway die Daten zwar weiterleitet, aber nicht lesen kann. Die LX-100-Sensoren melden sich per OTAA (Over-the-Air Activation) im Netz an; dabei werden die Sitzungsschlüssel erst beim Beitritt erzeugt.
Das Gateway GW-8 unterstützt VPN über OpenVPN, WireGuard oder IPsec und erhält signierte Updates over the air. Die Daten landen in der BAT Cloud, die laut Hersteller in Deutschland gehostet wird und Daten mit AES-256 verschlüsselt speichert. Fällt die Internetverbindung aus, puffert das Gateway die Messwerte bis zu 30 Tage, damit keine Messung verloren geht.
Wie viele Sensoren ein Gateway schafft
Das GW-8 empfängt auf acht Kanälen gleichzeitig. Laut Hersteller verarbeitet ein Gateway bis ca. 2.000 Sensoren. Für die Klebstoffverarbeitung ist das selten die Grenze, denn auch viele Klebplätze, Lagerregale und Kühlschränke ergeben zusammen meist deutlich weniger Messpunkte. Entscheidend für die Zahl der Gateways ist deshalb die Funkabdeckung, nicht die Menge der Sensoren. Angeschlossen wird das Gateway per Gigabit-Ethernet mit PoE+, per WLAN oder beim Pro-Modell per LTE.
LoRaWAN, WLAN oder Bluetooth?
Jede Funktechnik hat ihren Platz. Die Übersicht zeigt allgemeine Eigenschaften; die genauen Werte hängen von Gerät und Umgebung ab.
| Kriterium | LoRaWAN | WLAN | Bluetooth LE |
|---|---|---|---|
| Datenmenge | klein, wenige Bytes je Messwert | groß, auch Video | klein bis mittel |
| Reichweite in Gebäuden | mehrere hundert Meter je Gateway | einige Dutzend Meter je Access Point | meist wenige bis einige Dutzend Meter |
| Energiebedarf | sehr gering, Jahre mit einer Batterie | hoch, meist mit Netzteil | gering |
| Infrastruktur | eigenes Gateway, unabhängig vom Firmennetz | Firmen-WLAN mit IT-Freigaben | Empfänger in der Nähe nötig |
Für Messwerte im Minutentakt an vielen, verteilten Stellen ist LoRaWAN deshalb meist die praktischste Lösung. Die Sensoren hängen nicht im Firmen-WLAN, was die Abstimmung mit der IT vereinfacht.
Sie möchten wissen, ob ein Gateway für Ihre Halle reicht? Paul Wieber bespricht mit Ihnen Grundriss und Messpunkte und zeigt Ihnen das System in einer Online-Demo. Einen Überblick über alle Geräte finden Sie unter Sensoren und Gateways.
