Die lehrreiche Geschichte von Loran und LoRaWAN
Verwechseln Sie funkbasiertes LoRaWAN und funkbasiertes Loran lieber nicht. Beide Technologien sind faszinierende Geschichten darüber, wie Vernetzungs- und Kommunikationstechnologien zu Gewinnern werden, während andere zu romantischen Relikten verkommen. Während Loran von satellitenbasierten Lösungen verdrängt wurde, überholt LoRaWAN bei bestimmten Anwendungen NB-IoT, Sigfox und LTE-M deutlich. Es ist jedoch sinnvoll, unterlegene Systeme als Alternative für bestimmte Anwendungsfälle und als robuste Backups zu unterstützen.
Vor fast 20 Jahren schaltete das US-Ministerium für Innere Sicherheit die als Loran bekannte Langstreckennavigation ab, und die Nation verließ sich in erster Linie auf satellitengestützte globale Positionierungssysteme (GPS) und Radar für die See- und Luftfahrtnavigation. Das Loran-System aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs nutzte ein globales Netz von Bodentürmen, die synchron Funksignale an Empfänger sendeten; letztere verglichen dann die Ankunftszeiten der Signale der nächstgelegenen Türme, um die geografische Position mit erstaunlicher Genauigkeit zu bestimmen.
Viele Sicherheitsexperten und Kommunikationsenthusiasten bedauerten das Ende von Loran, da es ein einfaches und robustes landgestütztes Backup für die Navigation darstellte, das keine der Schwachstellen satellitengestützter Systeme aufwies. Ein digitaler eLoran-Ersatz hat sich nicht durchsetzen können.
Es ist eine Ironie des Schicksals, dass die Technologie namens LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) nun andere konkurrierende Technologien in ihrem Anwendungsbereich verdrängt.
Abbildung 1: Als die letzte Version von Loran (Loran-C) in Betrieb war, nutzte sie den Frequenzbereich von 90 bis 110 kHz, um die Datengewinnung zu unterstützen. LoRaWAN nutzt den Frequenzbereich von 863 bis 928 MHz zur Datenübertragung. (Bildquelle: Lisa Eitel)
LoRaWAN ist eine hocheffiziente Kommunikationstechnologie, die mit einer Art Wi-Fi mit geringer Datenmenge und großer Reichweite für IoT-Geräte in der Landwirtschaft, bei öffentlichen Versorgungsunternehmen und bei industriellen Tracking-Anwendungen vergleichbar ist. Kurz gesagt, es verwendet drahtlose Signale des Protokolls der physikalischen Schicht auf einem schmalen Frequenzspektrum von 863 bis 928 MHz (wobei die genaue Frequenz von der jeweiligen Region abhängt), um Daten über einige Kilometer in städtischen Gebieten und weit über 10 km in ländlichen Gebieten zu übertragen. Die Modulation um eine zentrale Frequenz herum überträgt Daten auf eine Weise, die relativ unempfindlich gegen Störungen ist - selbst über Kilometer und durch verschiedene Strukturen hindurch.
In der Industrie und in den Behörden wurde die Technologie vor allem in den letzten zehn Jahren kontinuierlich eingeführt. LoRa-basierte LoRaWAN-Lösungen können kostengünstiger sein als Lösungen, die auf Mobilfunknetzen basieren, da LoRaWAN nicht auf Satelliten im Weltraum angewiesen ist. Außerdem sind die Netzwerkkomponenten erschwinglich, ebenso wie die Ausstattung der Geräte mit LoRaWAN-Funktionen. Da die LoRa-Technologien lizenzfreie Funkfrequenzen nutzen, können Komponentenanbieter Lösungen ohne die regulatorischen Hindernisse anderer Lösungen einsetzen.
Abbildung 2: Die Sub-GHz-HF-Chips SX1250 arbeiten mit der SX1302-Basisband-Engine von Semtech zusammen, so dass Gateways für Punkt-zu-Punkt- oder lokale LoRa-Maschennetzwerke oder leistungsfähigere und weitreichendere LoRaWAN-Netzwerke entwickelt werden können. Sie decken alle Frequenzbänder unter 1 GHz ab, um die Nutzung verschiedener lizenzfreier Bänder für IoT-Anwendungen zu unterstützen. (Bild: Semtech Corp.)
Die zunehmende Dominanz von LoRaWAN in der drahtlosen IoT-Kommunikation hat in einigen Anwendungen das mobilfunkbasierte Schmalband-IoT (NB-IoT) und LTE-M verdrängt. In der Tat scheint LoRaWAN auch über Sigfox triumphiert zu haben.
Abbildung 3: Bei Verwendung einer LoRa-Modulationstechnik erreicht dieser HF-Transceiver eine Empfindlichkeit von besser als -148 dBm. Dies und ein integrierter Leistungsverstärker mit über 20 dBm ergeben eine breit einsetzbare, kostengünstige Lösung. (Bild: Semtech Corp.)
Sowohl NB-IoT als auch LTE-M nutzen lizenzierte Frequenzen und Mobilfunkübertragung, um Daten mit bis zu 250 kbit/s bzw. 1 Mbit/s zu übertragen. Sie funktionieren über große Reichweiten und verbrauchen dabei nur geringfügig mehr Strom als andere IoT-Protokolloptionen, um intelligente Gebäude, Versorgungsschnittstellen, tragbare Elektronikgeräte und Geräte zur Bestandsverfolgung (Tracking) miteinander zu verbinden.
Wie LoRaWAN nutzt Sigfox hocheffiziente lizenzfreie Frequenzen zur Datenübertragung mit 100 bis 600 bit/s für intermittierende Anwendungen mit geringem Datenaufkommen wie Systemüberwachung, Fernalarmierung von Maschinen, Systemen und einfache Positionsverfolgung (Ortung). Doch die schleppende Einführung brachte Sigfox in finanzielle Schwierigkeiten. Das in Singapur ansässige Unternehmen UnaBiz ist jetzt Eigentümer von SigFox und hat im letzten Jahr mehrere neue Entwicklungen angekündigt.
Glücklicherweise gab es bisher keine groß angelegten Ausfälle von Kommunikationssatelliten, die durch vorsätzliche Sabotage, Weltraummüll oder andere Weltraumwetterereignisse verursacht wurden, bei denen die elektromagnetischen Auswirkungen von Sonneneruptionen wie Strahlung und geomagnetische Stürme eine Rolle spielten, so dass unsere übermäßige Abhängigkeit von diesen Satelliten für die Navigation (und die Aufgabe des alten Loran) nicht in Frage gestellt wurde. Auch bei der Standardisierung von LoRaWAN sind bisher keine eklatanten Schwachstellen aufgetreten. Dennoch ist es für die Industrie von Vorteil, wenn elegante Systeme wie Sigfox für Wettbewerb sorgen.

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