LoRaWAN Gateways: Unterschiede, Auswahl und Installation

Wie funktioniert die Kommunikation zwischen Endgeräten und Gateway?

Das Gateway empfängt Funksignale von den LoRaWAN-Endgeräten (Nodes) und leitet sie an den LoRaWAN-Netzwerkserver weiter (Uplink). Gleichzeitig sendet das Gateway Daten vom Netzwerkserver an die Endgeräte zurück (Downlink). Für die Kommunikation mit den Endgeräten bzw. LoRaWAN-Sensoren verwendet das Gateway das LoRaWAN-Protokoll. Die Verbindung vom Gateway (Funk-Basisstationen) zum Netzwerkserver (LNS) wiederum erfolgt entweder über Ethernet, WLAN oder LTE (4G). Dabei ist ein Gateway in der Lage, Daten von Tausenden von Sensoren zu empfangen.

LoRaWAN – sicher durch Ende-zu-Ende-Verschlüsselung

Authentifizierung und Verschlüsselung sind obligatorisch. Im Gegensatz zu vielen anderen IoT-Technologien bietet die LoRaWAN-Spezifikation Anwendungsanbietern bereits eine dedizierte Ende-zu-Ende-Verschlüsselung. Die Daten werden komplett verschlüsselt übertragen. Zum Einsatz kommt hierbei eine AES-Verschlüsselung entsprechend den Sicherheitsmaßnahmen für drahtlose Netzwerke nach IEEE 802.15.4.

Die Spezifikation definiert zwei Schichten der Kryptographie:

• Verwendung eines eindeutigen 128-Bit-Netzwerksitzungsschlüssels, der vom Endgerät und Netzwerkserver gemeinsam genutzt wird (NwkSKey).
• Verwendung eines eindeutigen 128-Bit-Anwendungssitzungsschlüssels (AppSKey), der Ende-zu-Ende auf Anwendungsebene gemeinsam genutzt wird.

Unterschiede zwischen Indoor- und Outdoor-Gateways

Indoor- und Outdoor-Gateways unterscheiden sich in ihrem Einsatzzweck und damit in ihren Eigenschaften.

Indoor-Gateways sind für den Einsatz in geschlossenen Räumen konzipiert. Sie sind meist etwas kleiner und leichter zu installieren als Outdoor-Gateways, vergleichbar mit WLAN-Access-Points. Typische Anwendungsbereiche sind Geschäftsräume, Lagerhallen oder Produktionsstätten. Indoor-Gateways bieten eine begrenzte Reichweite, die von der Gebäudestruktur und deren verwendeten Baumaterialien beeinflusst wird.

Outdoor-Gateways hingegen sind für den Einsatz im Freien und zur Flächenversorgung ausgelegt. Sie sind robuster, wetterfest und bieten eine größere Reichweite als Indoor-Gateways. Outdoor-Gateways werden häufig in städtischen, industriellen oder landwirtschaftlichen Umgebungen eingesetzt, um eine flächendeckende Netzabdeckung zu gewährleisten. Hierbei sind sie in der Lage, Daten von Sensoren über größere Entfernungen und auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen zu empfangen.

Die Wahl des richtigen Gateway-Typs hängt von den Anforderungen des jeweiligen Einsatzgebietes ab. Dabei spielen Faktoren wie Reichweite, Umgebungsbedingungen und Installationsmöglichkeiten eine entscheidende Rolle.

Auswahlkriterien für das passende LoRaWAN Gateway

Bei der Auswahl des passenden LoRaWAN Gateways gibt es einige Kriterien zu beachten:

• Einsatzort: Soll das Gateway im Außenbereich oder in Innenräumen installiert werden? Muss es wetterfest und widerstandsfähig gegenüber großen Temperaturunterschieden sein?
• Reichweite: Je nach Einsatzgebiet und Umgebung muss das Gateway eine ausreichende Reichweite gewährleisten. Auch die Anzahl der Kanäle spielt eine Rolle, da diese die Anzahl der gleichzeitig empfangenen Signale bestimmt.
• Konnektivität: Prüfen Sie, ob das Gateway WLAN, Ethernet oder Mobilfunk unterstützt, je nach benötigten Anforderungen. Zudem sollte das Gateway einfach zu konfigurieren und in ein bestehendes Netzwerk zu integrieren sein. Ist in der Nähe eine Stromquelle zur Energieversorgung des Gateways vorhanden? Einige Outdoor-Gateways verfügen über eine PoE-Schnittstelle (Power-over-Ethernet), das bedeutet, die Energieversorgung läuft parallel über die Ethernetleitung. So ist keine zusätzliche separate Stromquelle nötig.

Benötige ich immer eine Antenne zu meinem Gateway?

Ja, eine geeignete Antenne ist wichtig, um eine optimale Leistung und Performance des Gateways sicherzustellen. Bei der Auswahl der passenden Antenne sollten Sie auf die Reichweite, den Gewinn und die Art der Antenne achten. Die Reichweite ist abhängig von der Umgebung und der Sendeleistung des Gateways. Eine höhere Gewinn-Antenne kann die Reichweite und Signalqualität verbessern. Hier gilt es, die gesetzlichen Rahmenbedingungen zu beachten!

Es gibt verschiedene Arten von Antennen:

• omnidirektionale (Rundstrahler)
• gerichtete Antennen und
• Sektorenantennen.

Omnidirektionale Antennen sind ideal für den Einsatz in Gebieten, in denen eine Rundumabdeckung erforderlich ist. Gerichtete und Sektorenantennen sind hingegen besser für gezielte Abdeckung in bestimmten Richtungen geeignet.

Beachten Sie zudem die Dokumentation und Empfehlungen des LoRaWAN-Gateway-Herstellers, um die geeignete Antenne auszuwählen und ordnungsgemäß zu installieren. Ganz wichtig sind bei Outdoor-Gateways auch Überspannungsschutzmaßnahmen (Blitzschutz etc.). Hochfrequenz-Stecker und Verbinder sowie Kupplungen müssen gegen eindringende Feuchtigkeit mit selbstverschweißendem Klebeband abgedichtet werden!

Installation in der Nähe von Mobilfunkanlagen

Bei Installationen in unmittelbarer Nähe von Mobilfunkanlagen der einschlägigen Netzbetreiber sind ebenso Vorkehrungen mit speziellen Hochfrequenzfiltern zu treffen, um eine negative Beeinträchtigung der Gateways und somit der Performance zu vermeiden.

Im Zweifelsfall empfehlen wir, einen entsprechenden Fachbetrieb hinzuzuziehen.