LoRaWAN ersetzt vorübergehend 5G-Netze für IoT

Sergiy Seletskyi von Intellias

5G-Netze werden das Internet der Dinge (IoT) revolutionieren. Es wird jedoch mehrere Jahre dauern, bis die Technologie den größten Teil des Planeten abdeckt. Dank LoRaWAN müssen Sie nicht warten, sagt Sergiy Seletsky, IoT Practice Leader und Senior Solution Architect bei Intellias .

Laut Gartner , werden im Jahr 2020 rund 5,8 Milliarden Enterprise- und Automotive-IoT-Endpunkte verwendet, das sind 21 % mehr als 2019. Telekommunikationsnetze werden bald Schwierigkeiten haben, die Last zu bewältigen.

IoT-Experten setzen auf 5G als den IoT-Konnektivitätsstandard der Zukunft, der physische Netzwerke ersetzen und Echtzeit-Reaktionsfähigkeit ermöglichen wird. Das Stichwort ist hier „Zukunft“. Ericsson prognostiziert, dass die 5G-Technologie bis 2025 nur noch für zwei Drittel der Weltbevölkerung verfügbar sein wird.

Bei so viel Hype um 5G wird derzeit oft eine Alternative vernachlässigt, die es seit fünf Jahren gibt:Low Range Wide Area Networks (LoRaWAN). In vielen Fällen kann LoRaWAN 5G ersetzen, zumindest bis 5G weltweit verfügbar ist.

Warum die 5G-Technologie im Rampenlicht steht und vor welchen Herausforderungen sie steht

Die 5G-Technologie steht wegen ihrer beispiellosen Geschwindigkeit und Signalqualität im Rampenlicht. Es wird dazu führen, dass verbundene Geräte Daten um bis zu 50 % schneller und in viel größeren Blöcken austauschen, was einen Durchbruch in allen Branchen verspricht.

Quelle:Huawei Road to a Super-Connected World, Keynote vom Dezember 2019

Im Gesundheitswesen wird 5G die Roboterchirurgie ermöglichen, indem hochwertiges Video-Streaming und sofort reagierende verbundene chirurgische Geräte bereitgestellt werden. Rettungsdienste werden 5G verwenden, um sofort auf Situationen zu reagieren. Stadtkameras und mit Kameras ausgestattete Drohnen werden in der Lage sein, einen Notfall zu erkennen und in Sekundenschnelle Informationen darüber an den Kontrollraum zu senden.

5G wird auch mehr Industriebeschäftigte haben, die von zu Hause aus arbeiten als während der Pandemie. Sie verwalten ihre Geräte aus der Ferne in Echtzeit von einem PC, Tablet oder Smartphone aus. Dies könnte die Entwicklung der Öl- und Gasindustrie weiter fördern, deren Anlagen sich oft auf widrigem Terrain befinden.

Schließlich sind 5G-Netze für selbstfahrende Autos von entscheidender Bedeutung. Es ermöglicht ihnen, sich mit der städtischen Infrastruktur zu verbinden und sich in Echtzeit an die Reisebedingungen anzupassen. Diese Technologie wird die Kraft intelligenter Städte freisetzen, in denen alles miteinander verbunden ist und von künstlicher Intelligenz betrieben wird.

5G-Herausforderungen

Um ein 5G-Netzwerk in einem Gebiet aufzubauen, müssen Sie eine spezielle Infrastruktur von Grund auf neu aufbauen. Obwohl 5G 4G vorausgeht, erfordert es andere Antennen, neue Fabric-Netzwerke und zusätzliche Sendemasten.

Der Aufbau dieser Infrastruktur ist ein langwieriger und teurer Prozess. Die Europäische Kommission schätzt, dass die Einführung von 5G in allen Städten Europas 500 Milliarden Euro kosten wird.

Außerdem waren Verbraucher und Hersteller bisher nicht besonders begeistert von der 5G-Technologie. Laut einer aktuellen Umfrage von GSMA , haben nur etwa 30 % der Amerikaner und 11 bis 23 % der Europäer angegeben, dass sie ein 5G-Telefon bekommen würden, sobald die Technologie verfügbar ist.

Welcher der folgenden Punkte wird für die Erholung Ihres Unternehmens „viel wichtiger“ sein?

Quelle:Technologieprioritäten von Unternehmen in der Zeit nach der Pandemie

Infolgedessen bleibt die Einführung von 5G langsam.

LoRaWAN als Alternative zu 5G

LoRa/LoRaWAN kann die meisten der gleichen Aufgaben erledigen, die 5G nur langsamer und kostengünstiger erledigen kann. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie LoRa für die Übertragung von Video und Ton verwenden. Die Geschwindigkeit von LoRa liegt zwischen 0,3 Kbit/s und 27 Kbit/s, was bedeutet, dass es mehrere Stunden dauert, ein Bild zu übertragen und mehrere Jahrzehnte, um einen Film zu streamen.

LoRa eignet sich jedoch hervorragend für viele andere Anwendungen.

Die Technologie wurde ursprünglich für industrielle IoT-Sensoren entwickelt, nicht für Verbrauchergeräte. Es wird verwendet, um kurze Datenpakete (ca. 240 Byte) zu übertragen und unterstützt keinen Netzwerk-IP-Stack. Dadurch eignet sich LoRa zur Übertragung von Temperatur-, Feuchtigkeits-, Vibrations-, Beleuchtungs- und ähnlichen Daten.

LoRa und LoRaWAN stehen für das Long-Range-Protokoll und das Long-Range-Wide-Area-Network. Sie basieren auf LPWAN, der Low-Power-Wide-Area-Network-Technologie.

In diesem Beitrag werde ich nicht zu sehr ins Detail gehen, wie LoRa und LoRaWAN funktionieren und miteinander in Beziehung stehen. Schauen wir uns stattdessen an, was sie zu einer praktikablen Alternative zur 5G-Technologie macht.

Warum LoRa wichtig ist

LPWAN-betriebene Geräte können über große Entfernungen miteinander kommunizieren, selbst wenn sich jedes dieser Geräte in einem separaten Gebäude befindet. Darüber hinaus halten ihre Batterien länger als die Batterien von Geräten, die 4G und 5G verwenden. Ein LoRa-basiertes Gerät kann mit einer Batterie bis zu zehn Jahre arbeiten, während ein 5G-Gerät nur mehrere Stunden hält.

LoRaWAN-Netzabdeckung

Quelle:LoRaWANglobale Abdeckung, Stand Dezember 2018

Im Gegensatz zu 5G-Netzwerken benötigt LPWAN keine riesige Infrastruktur. Es läuft auf kleinen und erschwinglichen Geräten, was es sogar billiger macht als 4G. LoRa-Sensoren kosten zwischen 0,2 $ (0,16 €) und 0,5 $ (0,41 €), während die Preise für 5G-Sensoren bei 30 $ (24,60 €) beginnen.

Da LoRa billiger ist, hat es eine viel größere Reichweite als 5G. Vergleichen Sie eine typische LoRa-Basisstation kostet etwa 40 US-Dollar (32,80 €) und kann Tausende von Verbindungen in einer Reichweite von 15 km verarbeiten. Eine 5G-Basisstation würde 60.000 US-Dollar (49.199,10 €) kosten, 2 km zurücklegen und etwa 1.000 Verbindungen ermöglichen.

Seit 2015, als LoRaWAN geschaffen wurde, wurden eine Vielzahl von LoRaWAN-Sensoren und -Geräten entwickelt. LoRa-Allianz , ein gemeinnütziger Verband von Unternehmen, die die Technologie einsetzen, ist auf über 500 Mitglieder angewachsen. Hier sind einige bemerkenswerte Zahlen der Allianz:

• LoRaWAN wurde 2019 in mehr als 100 Ländern eingesetzt, ein Anstieg von 60 % gegenüber 2018. 
• Rund 80 Millionen Geräte weltweit sind mit LoRaWAN verbunden.
• Etwa 75 % der IoT-Anwendungen verwenden LPWAN. Im Vergleich dazu erfordern nur 25 % der IoT-Anwendungen den hohen Durchsatz und die geringe Signalverzögerung, die durch Mobilfunktechnologien wie 5G ermöglicht werden.

Nicht-Mobilfunk-LPWA-Verbindungen nach Smart-Meter-Typ

Quelle:ABI Research 

Wie LoRa verwendet wird

Mit LoRa kann IoT in mehreren Bereichen angewendet werden. Dazu können die Verwaltung von Verkaufsautomaten, Hotelinfrastruktur, landwirtschaftlichen Geräten, Krankenhauseinrichtungen und sogar Smart Cities gehören.

2016 Samsung , Semtech und SK Telecom schlossen sich zusammen, um das weltweit erste landesweite LoRaWAN in Korea aufzubauen. Heute plant Seoul, seine lokale LoRa-basierte IoT-Infrastruktur zu aktualisieren.

Das Smart Seoul Network, auch bekannt als S-Net bis 2022 über bis zu 1000 LoRaWAN-Gateways verfügen. Sie werden intelligente Parkplätze, Straßenlaternen, die im Notfall die Polizei rufen können, ein System zur Überwachung von Menschen mit Demenz und mehr ermöglichen.

Die Zukunft von LoRa

2019 britischer IoT-Satellitenanbieter Lacuna Space mit LoRaWAN die Welt erobern. Im Juli 2020 erklärte der CTO des Unternehmens, dass Lacuna Space „LoRaWAN-Nachrichten von einem Segelboot empfängt, das sich buchstäblich mitten im Atlantik befindet“.

Ein globales LoRa-Netzwerk wird Entwickler dazu inspirieren, mehr LoRa-basierte Apps zu entwickeln, die dazu beitragen, die Zukunft der Technologie zu sichern.

Wenn Sie also im IoT-Geschäft tätig sind, empfehle ich die Verwendung von LoRa/LoRaWAN, bis die 5G-Technologie weiter verbreitet ist. Und selbst wenn dies passiert, vermute ich, dass LoRa für viele Unternehmen immer noch die Telekommunikationstechnologie der Wahl sein könnte.

Wie wäre es mit NB-IoT?

Einige Geräte, die LoRa verwenden, sind auch mit Schmalband-IoT-Netzwerken (NB-IoT) verbunden. NB-IoT ist ein LPWAN-Standard, der von denselben Behörden entwickelt wurde, die Protokolle für 4G und 5G entwickelt haben.

Mit anderen Worten, dies ist eine Mobilfunktechnologie, die:

• ergänzt LoRaWAN
• wird von 4G-verbundenen Geräten verwendet
• wird noch einige Zeit verwendet, sobald 5G allgemein verfügbar ist.

Als Mobilfunktechnologie bietet es auch eine höhere Bandbreite als die von LoRa.

NB-IoT erfordert keine spezielle Infrastruktur, sondern nur Software. Aus diesem Grund kann diese Art von Netzwerk leicht skaliert werden, um Millionen von Geräten abzudecken. Die Anzahl solcher Geräte bleibt jedoch viel geringer als die Anzahl der LoRa-Geräte.

In Bezug auf die Schwächen besteht das Hauptproblem darin, dass NB-IoT viel Strom aufnimmt, sodass die Gerätebatterien sehr schnell sterben.

Auch die NB-IoT-Sicherheit ist anspruchsvoll. Während LoRaWAN eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung verwendet, die einen modernen Sicherheitsstandardmechanismus darstellt, verlässt sich NB-IoT auf eine Hop-by-Hop-Verschlüsselung, die allmählich veraltet wird.

Aus diesem Grund glaube ich, dass LoRa ein besserer vorübergehender Ersatz für 5G ist als NB-IoT.

Schlussfolgerung

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, sollten Sie ein besseres praktisches Verständnis der wichtigsten Telekommunikationstechnologien der nahen Zukunft haben:5G und LoRa.

Sie könnten den Eindruck haben, dass es zwischen den beiden Technologien einen Wettbewerb auf dem Markt geben wird und dass LoRa verlieren und Geschichte werden wird. Ja, sie könnten in bestimmten Segmenten konkurrieren, was gut für die Branche ist, da dies ihr weiterhelfen wird. Aber ich glaube nicht, dass 5G LoRa aus dem Spiel werfen wird. Autos haben Fahrräder und Züge doch nicht ersetzt.

Der Autor ist Sergiy Seletsky, IoT Practice Leader und Senior Solution Architect bei Intellias.

Über den Autor

Sergiy Seletsky ist IoT Practice Leader und Senior Solution Architect bei Intellias. Sergiy hilft Unternehmen, den richtigen IoT-Technologie-Stack zu nutzen, um ihr Geschäft zu skalieren und zukunftssicher zu machen. Strategischer Denker mit umfassenden Kenntnissen der IT-Branche in einer Vielzahl innovativer Lösungen für verschiedene Geschäftsbereiche.