LoRaWAN Gateways: Unterschiede, Auswahl und Installation
Die „Funk-Basisstation“
Allgemein gesagt dient ein LoRaWAN Gateway dazu, eine drahtlose Kommunikation zwischen LoRaWAN-Endgeräten, auch Nodes genannt, und einem LoRaWAN-Netzwerkserver (LNS) herzustellen. Es ist sozusagen die Verbindungskomponente zwischen beiden und damit eine wichtige Teilkomponente einer LoRaWAN-Funknetz-Infrastruktur. Ohne Gateway(s) können die Sensordaten nicht an den LoRaWAN-Netzwerk-Server und andere Cloud-Anwendungen übertragen werden.
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.
LoRaWAN Gateways in unserem m2m Shop
Milesight UG65 LoRaWAN Indoor-Gateway
Das UG65 von Milesight ist ein universell einsetzbares Gateway für den Innenbereich, das auch in industriellen Umgebungen eingesetzt werden kann. Es unterstützt die Anbindung von mehr als 2000 LoRa-Nodes via Ethernet, WiFi oder Mobilfunk (LTE/4G).
Milesight UG67 LoRaWAN Outdoor-Gateway
Das UG67 von Milesight ist ein Gateway für den Außenbereich mit einer Reichweite von bis zu 10 km. Es unterstützt die Anbindung von mehr als 2000 LoRa-Nodes via Ethernet, WiFi oder Mobilfunk (LTE/4G). Durch sein wasserdichtes Gehäuse (IP67) ist es für vielseitige Außenanwendungen wie Smart Agriculture oder Smart Metering geeignet.
Wattsense Bridge
Das Wattsense IoT/LoRaWAN-Gateway kombinieret SPS-Funktionalität mit einem Gateway und verbindet sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Geräte, die im Bereich der Gebäudeautomation eingesetzt werden. Neben LoRaWAN werden auch Feldkommunikationsprotokolle wie Modbus TCP/IP, Modbus RTU, BACnet und M-Bus unterstützt.
Laird Sentrius RG186 LoRaWAN Outdoor-Gateway
Das Sentrius RG186 LoRaWAN Outdoor-Gateway von Laird Connectivity ist eine sichere, skalierbare und robuste LoRaWAN-Lösung für die End-to-End-Kontrolle, wenn es darum geht, ein eigenes privates LoRaWAN-Netzwerk aufzubauen. Es kann sowohl über Ethernet als auch 2,4 und 5 GHz WiFi angebunden werden.
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.
Tipps zu Installation und Konfiguration eines LoRaWAN Gateways
- Installieren Sie das Gateway an einem geeigneten Ort, der eine gute Reichweite und Verbindungsqualität gewährleistet. Achten Sie bei einem Outdoor-Gateway auf freie Sicht zum Himmel und halten Sie Hindernisse zwischen Endgeräten und dem Gateway so gering wie möglich, um die bestmögliche Reichweite zu erzielen.
- Konfigurieren Sie das Gateway über das Web-Interface oder die mitgelieferte Software. Legen Sie die Netzwerkparameter und Zugangsdaten fest.
- Verbinden Sie Ihre LoRaWAN-Sensoren und -Geräte mit dem Gateway. Achten Sie darauf, dass sie die richtige Frequenz und Verschlüsselung verwenden.
- Überprüfen Sie regelmäßig die Leistung und Stabilität Ihres LoRaWAN Gateways und aktualisieren Sie die Firmware bei Bedarf. So stellen Sie sicher, dass Ihr LoRaWAN-Netzwerk optimal funktioniert.
- Kontrollieren Sie in festgelegten Intervallen die Signalstärke und Datenrate, um die Qualität der Verbindungen im Netzwerk zu beurteilen. Bei Problemen kann eine Neupositionierung des Gateways oder der Sensoren helfen.
- Achten Sie auf die Bandbreitennutzung, um Netzwerküberlastungen zu vermeiden. Gegebenenfalls kann eine Anpassung der Sendefrequenz oder der Datenrate erforderlich sein.
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.
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