{"id":60233,"date":"2024-12-20T08:34:32","date_gmt":"2024-12-20T07:34:32","guid":{"rendered":"https:\/\/www.inovex.de\/?p=60233"},"modified":"2025-06-18T13:47:30","modified_gmt":"2025-06-18T11:47:30","slug":"energieueberwachung-mit-lorawan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/","title":{"rendered":"LoRaWAN in der Energie\u00fcberwachung: Spezifikationen, Tests und Anwendungsf\u00e4lle"},"content":{"rendered":"<p>Wenn es um Smart Metering bei der Energieversorgung geht, ist LoRaWAN eine spannende Technologie, die bei geringem Investitionsaufwand viel Potenzial bietet. Die Technologie kann auf IoT-Technologie aufsetzen und mithilfe von speziellen wartungsarmen LoRaWAN-Clients die \u00dcbertragung von Messdaten erm\u00f6glichen.<\/p>\n<p>Durch LoRaWAN kann die Datensammlung zentral \u00fcber Gateways durchgef\u00fchrt werden, die beispielsweise an strategisch zentralen Punkten in Assets untergebracht werden k\u00f6nnen, wie auch <a href=\"https:\/\/www.energie.de\/ew\/news-detailansicht\/nsctrl\/detail\/News\/oms-over-lorawan-effiziente-datenuebertragung-fuer-smart-metering-anwendungen\">im ew-Magazin f\u00fcr die Energiewirtschaft beschrieben<\/a>. Mit dieser Technik k\u00f6nnen \u00dcberwachungs- und Sensordaten ausgelesen werden, ohne viel Infrastruktur und Verbindungen verlegen zu m\u00fcssen.<!--more--><\/p>\n<p>In Industrieanlagen kann durch die sinnvolle Anbringung von Gateways mit relativ einfachen Mitteln ohne viel Verkabelung eine weitestgehende vollst\u00e4ndige Fl\u00e4chenabdeckung erreicht werden, um Mess- und Sensordaten zu erhalten:<\/p>\n<ul>\n<li aria-level=\"1\">Digitale Auslesung von Z\u00e4hlern, Messstellen und F\u00fcllgraden, auch f\u00fcr Messstellenbetreiber<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Ladestr\u00f6me von Photovoltaik-Anlagen<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Auslastungs\u00fcberwachung<\/li>\n<li aria-level=\"1\">St\u00f6rungsmeldungen<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Messung von Umweltdaten<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Wartungsintervall-Meldungen<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Erkennung von Vibrationen<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Messung von Neigungswinkeln<\/li>\n<li aria-level=\"1\">Sicherheitsmanagement<\/li>\n<\/ul>\n<p>Eine Einschr\u00e4nkung existiert allerdings: Alle Systeme, bei denen eine garantierte direkte Signal\u00fcbertragung gew\u00e4hrleistet sein muss, eignen sich nicht f\u00fcr LoRaWAN. Dies w\u00e4ren in diesem Sinne beispielsweise Lichtsignalanlagen im Verkehr, Brandschutzeinrichtungen oder zeitkritische Befehls\u00fcbertragungen f\u00fcr die Steuerung von Maschinen.<\/p>\n<p>Dieser Artikel bietet Einblicke, wie LoRaWAN die Effizienz von Messdaten\u00fcberwachung in der Energiebranche optimieren kann.<br \/>\n<!--more--><\/p>\n<div id=\"ez-toc-container\" class=\"ez-toc-v2_0_79_2 counter-hierarchy ez-toc-counter ez-toc-custom ez-toc-container-direction\">\n<div class=\"ez-toc-title-container\"><p class=\"ez-toc-title\" style=\"cursor:inherit\"><\/p>\n<\/div><nav><ul class='ez-toc-list ez-toc-list-level-1 ' ><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-1\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Was-ist-LoRa-und-LoRaWAN\" >Was ist LoRa und LoRaWAN?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-2\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Machbarkeitsstudie-mit-LoRaWAN\" >Machbarkeitsstudie mit LoRaWAN<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-3\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Wichtige-Spezifikationen-und-Testaufbau-fuer-LoRaWAN\" >Wichtige Spezifikationen und Testaufbau f\u00fcr LoRaWAN<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-4\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#RSSI-Der-Signalstaerkeindikator\" >RSSI: Der Signalst\u00e4rkeindikator<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-5\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Spreading-Factor-Ausgewogenheit-von-Reichweite-und-Datenrate\" >Spreading Factor: Ausgewogenheit von Reichweite und Datenrate<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-6\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Antennenspezifikationen\" >Antennenspezifikationen<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-7\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Vorbereitung-der-Tests\" >Vorbereitung der Tests<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-8\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Staedtische-vs-laendliche-Umgebung-Die-Auswirkungen-auf-die-LoRaWAN-Reichweite\" >St\u00e4dtische vs. l\u00e4ndliche Umgebung: Die Auswirkungen auf die LoRaWAN-Reichweite<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-9\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Testfall-1-Staedtische-Umgebung\" >Testfall 1: St\u00e4dtische Umgebung<\/a><ul class='ez-toc-list-level-4' ><li class='ez-toc-heading-level-4'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-10\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Beobachtungen\" >Beobachtungen<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-11\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Testfall-2-Laendliche-Umgebung\" >Testfall 2: L\u00e4ndliche Umgebung<\/a><ul class='ez-toc-list-level-4' ><li class='ez-toc-heading-level-4'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-12\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Beobachtungen-2\" >Beobachtungen<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-13\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Vergleichende-Bewertung-beider-Testfaelle\" >Vergleichende Bewertung beider Testf\u00e4lle<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-14\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Bedeutung-der-Hoehe-des-LoRa-Gateways\" >Bedeutung der H\u00f6he des LoRa-Gateways<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-15\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Testfall-3-Gateway-60-Meter-ueber-dem-Boden-positioniert\" >Testfall 3: Gateway 60 Meter \u00fcber dem Boden positioniert<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-16\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Testfall-4-Gateway-1-Meter-ueber-dem-Boden-positioniert\" >Testfall 4: Gateway 1 Meter \u00fcber dem Boden positioniert<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-17\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Vergleich-der-Testfaelle-3-und-4\" >Vergleich der Testf\u00e4lle 3 und 4<\/a><ul class='ez-toc-list-level-4' ><li class='ez-toc-heading-level-4'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-18\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Wichtige-Erkenntnisse\" >Wichtige Erkenntnisse<\/a><\/li><\/ul><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-19\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Der-Unterschied-bei-Antennen-und-ihre-Auswirkung-auf-die-Reichweite\" >Der Unterschied bei Antennen und ihre Auswirkung auf die Reichweite<\/a><ul class='ez-toc-list-level-3' ><li class='ez-toc-heading-level-3'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-20\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Testfall-5-Unterschiedliche-Antennen-gleicher-Standort\" >Testfall 5: Unterschiedliche Antennen, gleicher Standort<\/a><\/li><\/ul><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-21\" href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/energieueberwachung-mit-lorawan\/#Fazit-und-Zusammenfassung\" >Fazit und Zusammenfassung<\/a><\/li><\/ul><\/nav><\/div>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Was-ist-LoRa-und-LoRaWAN\"><\/span>Was ist LoRa und LoRaWAN?<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>LoRa, kurz f\u00fcr \u201eLong Range\u201c, ist eine drahtlose Datenkommunikationstechnologie, die eine stromsparende Kommunikation mit gro\u00dfer Reichweite zwischen Ger\u00e4ten in einem IoT-Netzwerk (Internet of Things) erm\u00f6glicht. Mit seinem Chirp-Spread-Spectrum- Modulationsschema arbeitet LoRa je nach Region zwischen 400 MHz und 950 MHz. In Europa wird \u00fcblicherweise das 868-MHz-Band verwendet.<\/p>\n<p>LoRaWAN steht f\u00fcr Long Range Wide Area Network. Es handelt sich um ein Protokoll, das LoRa-f\u00e4hige Ger\u00e4te in einem Netzwerk organisiert. Nachrichten von Ger\u00e4ten werden an Gateways gesendet, die die Nachrichten dann an einen zentralen Netzwerkserver weiterleiten, der meist in einer Stern-von-Stern-Topologie organisiert ist. Mit einer Daten\u00fcbertragungsrate von maximal 50 kbit\/s eignet sich LoRaWAN f\u00fcr die nicht zeitkritische \u00dcbertragung von Messdaten.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-51673 size-full\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost.png\" alt=\"Netzdiagramm der Netzwerk Servers\" width=\"776\" height=\"490\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost.png 776w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost-300x189.png 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost-768x485.png 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost-400x253.png 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/sost-360x227.png 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 776px) 100vw, 776px\" \/><\/p>\n<p><span style=\"font-weight: 400;\">LoRaWAN findet Anwendung in Bereichen wie Smart Farming, Umwelt\u00fcberwachung und Smart-City-Projekten, in denen die Ger\u00e4te in der Regel station\u00e4r und batteriebetrieben sind und nur selten kleine Datenpakete senden. Auch Digital Twins oder Industrie\u00fcberwachungen werden mit Hilfe von LoRaWAN in der Umsetzung unterst\u00fctzt.<\/span><\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Machbarkeitsstudie-mit-LoRaWAN\"><\/span>Machbarkeitsstudie mit LoRaWAN<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>Bei inovex haben wir einen Testaufbau durchgef\u00fchrt, in dem wir LoRaWAN untersucht haben. Wie wir den Test aufgebaut haben und zu welchen Ergebnissen wir gekommen sind, k\u00f6nnen Sie hier nachlesen.<\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Wichtige-Spezifikationen-und-Testaufbau-fuer-LoRaWAN\"><\/span>Wichtige Spezifikationen und Testaufbau f\u00fcr LoRaWAN<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>In diesem Abschnitt gehen wir einige der wichtigen Spezifikationen durch, um sp\u00e4ter die Ergebnisse der Feldtests zu verstehen und die Grundlagen daf\u00fcr zu erlernen, was bei der Bereitstellung eines LoRaWAN wichtig ist.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"RSSI-Der-Signalstaerkeindikator\"><\/span>RSSI: Der Signalst\u00e4rkeindikator<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>RSSI (Received Signal Strength Indicator) ist ein Ma\u00df f\u00fcr die von der Antenne empfangene Leistung. Es ist eine wichtige Kennzahl, um die Qualit\u00e4t einer Verbindung in einem drahtlosen Netzwerk zu verstehen. St\u00e4rkere Signale (n\u00e4her an 0 dBm) bedeuten in der Regel einen klareren Datenempfang und eine geringere Wahrscheinlichkeit von Paketverlusten. Werte n\u00e4her an -125 dBm bedeuten eine schlechtere Signalst\u00e4rke, bei der Paketverluste auftreten k\u00f6nnen.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Spreading-Factor-Ausgewogenheit-von-Reichweite-und-Datenrate\"><\/span>Spreading Factor: Ausgewogenheit von Reichweite und Datenrate<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Der Spreading Factor (SF) spielt bei der LoRa-Modulation eine wichtige Rolle, da er als Regler dient, mit dem Netzwerkdesigner das Gleichgewicht zwischen Kommunikationsreichweite, Datenrate und Energieverbrauch regulieren k\u00f6nnen. Ein h\u00f6herer SF-Wert kann die Kommunikationsreichweite erh\u00f6hen, wodurch die Signale robuster werden und selbst bei sehr niedrigen Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnissen erkannt werden k\u00f6nnen. Dies hat jedoch einen Nachteil: Mit zunehmender SF sinkt die Datenrate, was bedeutet, dass die \u00dcbertragung einer bestimmten Datenmenge l\u00e4nger dauert.<\/p>\n<p>In unseren Tests haben wir uns f\u00fcr einen SF von 10 entschieden. Diese Wahl wurde getroffen, um ein ausgewogenes Verh\u00e4ltnis zwischen der Erzielung einer sinnigen Kommunikationsreichweite und der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Datenrate zu erreichen. Bei einem SF von 10 konnten wir beobachten, dass Datenpakete zuverl\u00e4ssig alle 30 Sekunden \u00fcbertragen wurden \u2013 eine Frequenz, die f\u00fcr unsere Feldtests und den allgemeinen Tracking-Anwendungsfall recht gut geeignet war.<\/p>\n<p>Im Gegensatz dazu verlangsamte sich die Datenrate erheblich, als wir mit einem SF von 12 experimentierten, wobei die Pakete in Intervallen von 3 bis 5 Minuten \u00fcbertragen wurden, ohne dass sich die Reichweite wesentlich erh\u00f6hte. F\u00fcr unsere Zwecke war diese niedrigere und weniger vorhersehbare Frequenz nicht praktikabel.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Antennenspezifikationen\"><\/span>Antennenspezifikationen<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Der Antennen-Gain, gemessen in dBi, spielt eine entscheidende Rolle f\u00fcr die Reichweite und Zuverl\u00e4ssigkeit von LoRa-\u00dcbertragungen. Eine Antenne mit h\u00f6herem Gain kann Funkwellen effektiver fokussieren und so die \u00dcbertragungsreichweite vergr\u00f6\u00dfern.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Vorbereitung-der-Tests\"><\/span>Vorbereitung der Tests<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Um die Tracking-F\u00e4higkeiten von LoRaWAN zu bewerten, haben wir eine ma\u00dfgeschneiderte und tragbare Testanordnung entwickelt. Im Mittelpunkt unserer Ausr\u00fcstungsliste standen ein \u201eWisgate Edge Pro\u201c-Gateway und ein \u201eELV-LW-GPS1\u201c-GPS-Tracker. Unser Gateway, dessen Spezifikationen eine maximale Sendeleistung von 27 dBm und eine minimale Empf\u00e4ngerempfindlichkeit von -139 dBm umfassen, wurde mit zwei 5-dBi-Glasfaserantennen mit Verst\u00e4rkung geliefert. Der GPS-Tracker, der zun\u00e4chst mit seiner Standardantenne ausgestattet war (Reichweite &gt; 500 m laut Datenblatt), wurde sp\u00e4ter mit einem N-Typ-Anschluss versehen, sodass wir mit verschiedenen Antennen experimentieren konnten \u2013 insbesondere mit einer kleinen LTE-Antenne mit einem Gain von 2 dBi und einer Hochleistungs-Glasfaserantenne mit einem Gain von 5 dBi.<\/p>\n<p>Die Stromversorgung dieser tragbaren Einrichtung stellte eine eigene Herausforderung dar, die wir durch den Einsatz von Bohrmaschinenbatterien bew\u00e4ltigten. Ein 20-V-zu-12-V-DC\/DC-Wandler machte das Gateway mit diesen Batterien kompatibel, w\u00e4hrend der GPS-Tracker mit einer anderen Bohrmaschinenbatterie betrieben wurde. Um Echtzeit-Datenkommunikation und -Visualisierung zu erm\u00f6glichen, haben wir das Gateway \u00fcber LAN in einer Punkt-zu-Punkt-Konfiguration mit einem Computer verbunden. Auf der Softwareseite diente ChirpStack als unser Netzwerkserver, w\u00e4hrend InfluxDB die Datenspeicherung \u00fcbernahm. F\u00fcr die visuelle Darstellung unserer Daten verwendeten wir Grafana und das GeoMapPlugin sowie eine einfache React-Leaflet-App.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-51675 size-full\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate.png\" alt=\"LoRaWan Sendeantenne\" width=\"1013\" height=\"521\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate.png 1013w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate-300x154.png 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate-768x395.png 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate-400x206.png 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/wisgate-360x185.png 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 1013px) 100vw, 1013px\" \/><\/p>\n<p>Unser umfassendes Setup sollte nicht nur die grundlegende Funktionalit\u00e4t von LoRaWAN testen, sondern auch untersuchen, wie sich verschiedene Variablen \u2013 wie die Wahl der Antenne \u2013 auf die Leistung auswirken k\u00f6nnten.<\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Staedtische-vs-laendliche-Umgebung-Die-Auswirkungen-auf-die-LoRaWAN-Reichweite\"><\/span>St\u00e4dtische vs. l\u00e4ndliche Umgebung: Die Auswirkungen auf die LoRaWAN-Reichweite<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>Um zu verdeutlichen, wie sich st\u00e4dtische Strukturen und Sichtbehinderungen zwischen Gateway und GPS-Tracker auf die \u00dcbertragungsqualit\u00e4t auswirken, haben wir eine Analyse anhand einer Reihe von Feldtests durchgef\u00fchrt.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Testfall-1-Staedtische-Umgebung\"><\/span>Testfall 1: St\u00e4dtische Umgebung<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Der erste Test fand im st\u00e4dtischen Gebiet von Pasing, M\u00fcnchen, statt, wobei das Gateway 15 Meter \u00fcber dem Boden positioniert war. Unter diesen Bedingungen betrug die maximal beobachtete Reichweite lediglich 0,91 km.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-51904 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Pasing.jpg\" alt=\"\" width=\"611\" height=\"530\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Pasing.jpg 611w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Pasing-300x260.jpg 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Pasing-400x347.jpg 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Pasing-360x312.jpg 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 611px) 100vw, 611px\" \/><\/p>\n<h4><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Beobachtungen\"><\/span>Beobachtungen<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h4>\n<p>In dieser dicht besiedelten st\u00e4dtischen Umgebung musste das Signal durch ein komplexes Labyrinth von Geb\u00e4uden navigieren, um das Gateway zu erreichen. Trotz der Verwendung einer 5-dBi-Glasfaserantenne konnten keine Signale \u00fcber die Bahnstrecke hinaus dringen, was auf erhebliche Hindernisse hindeutet.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Testfall-2-Laendliche-Umgebung\"><\/span>Testfall 2: L\u00e4ndliche Umgebung<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Im Gegensatz dazu wurde der zweite Test in der N\u00e4he von Langwied, einer l\u00e4ndlichen Umgebung in der N\u00e4he von M\u00fcnchen, durchgef\u00fchrt. Hier befand sich das Gateway nur 2 Meter \u00fcber dem Boden, und dennoch erstreckte sich die \u00dcbertragungsreichweite beeindruckenderweise auf 4,49 km.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\" wp-image-51892 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Langwied1.jpg\" alt=\"\" width=\"276\" height=\"528\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Langwied1.jpg 375w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Langwied1-157x300.jpg 157w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/Langwied1-360x688.jpg 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 276px) 100vw, 276px\" \/><\/p>\n<h4><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Beobachtungen-2\"><\/span>Beobachtungen<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h4>\n<p>An einem S-Bahnhof und \u00fcber einer Hochspannungsleitung gelegen, wurden die anf\u00e4nglichen RSSI-Werte in diesem Test zwischen -44 und -47 dBm aufgezeichnet. Obwohl dies an sich keine schlechten Signalst\u00e4rken sind, waren sie im Vergleich zu dem im Testfall 1 beobachteten Bereich von -33 bis -37 dBm merklich schw\u00e4cher, was auf m\u00f6gliche St\u00f6rungen durch elektromagnetische Quellen hindeutet.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Vergleichende-Bewertung-beider-Testfaelle\"><\/span>Vergleichende Bewertung beider Testf\u00e4lle<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Diese Experimente veranschaulichen die Auswirkungen, die die Behinderung der Sichtlinie auf die \u00dcbertragungsqualit\u00e4t und -zuverl\u00e4ssigkeit hat. In l\u00e4ndlichen Umgebungen, in denen die Hindernisse minimal sind, war die Reichweite mit 4,49 km gro\u00df. Im starken Gegensatz dazu sank diese Reichweite in st\u00e4dtischen Umgebungen, die voller Hindernisse sind, auf weniger als 1 km.<\/p>\n<p>Testfall 1 zeigte au\u00dferdem eine starke Verschlechterung der RSSI-Werte, nachdem das Signal eine Unterf\u00fchrung hinter den Gleisen passiert hatte, fiel in den Bereich von -80 dBm und verschlechterte sich weiter. Dieses Muster f\u00fchrte zu einer Hypothese: K\u00f6nnten die magnetischen St\u00f6rungen durch Eisenbahnen und Hochspannungsleitungen die Signalverschlechterung weiter negativ beeinflussen?<\/p>\n<p>Diese Hypothese wurde in Testfall 2 weiter gest\u00fctzt. Trotz der l\u00e4ndlichen Umgebung schien die N\u00e4he des Tores zu einer S-Bahn-Station und Hochspannungsleitungen die anf\u00e4nglichen RSSI-Werte negativ zu beeinflussen.<\/p>\n<p>Eine durchg\u00e4ngige Beobachtung bei beiden Tests war die Korrelation zwischen RSSI-Werten und Paketverlust. Insbesondere wenn der RSSI-Wert unter -100 dBm fiel, stieg der Paketverlust dramatisch an, was oft dazu f\u00fchrte, dass 7 von 8 Paketen verloren gingen.<\/p>\n<p>Wichtigste Erkenntnis: Die Reichweite und Zuverl\u00e4ssigkeit von LoRaWAN wird stark von physischen Hindernissen und potenziellen elektromagnetischen St\u00f6rungen beeinflusst, was die Bedeutung der strategischen Platzierung von Gateways zur Leistungsoptimierung unterstreicht.<\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Bedeutung-der-Hoehe-des-LoRa-Gateways\"><\/span>Bedeutung der H\u00f6he des LoRa-Gateways<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>In der n\u00e4chsten Testreihe haben wir uns auf die H\u00f6he des Gateways konzentriert. In der LoRa-Community ist die weit verbreitete Meinung, die durch viele Artikel und Handb\u00fccher gest\u00fctzt wird, dass eine Erh\u00f6hung des Gateways sowohl die \u00dcbertragungsreichweite als auch die Zuverl\u00e4ssigkeit verbessert. Um diese Theorie zu \u00fcberpr\u00fcfen, haben wir zwei verschiedene Aufbauten miteinander verglichen: In Testfall 3 wurde das Gateway 60 Meter \u00fcber dem Boden auf dem Olymp in M\u00fcnchen platziert, w\u00e4hrend es in Testfall 4 nur 1 Meter \u00fcber dem Boden am Fu\u00dfe des Berges positioniert wurde.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Testfall-3-Gateway-60-Meter-ueber-dem-Boden-positioniert\"><\/span>Testfall 3: Gateway 60 Meter \u00fcber dem Boden positioniert<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Im Testfall 3 ergab die Konfiguration eine beeindruckende Reichweite von fast 5 km, was der im Wisgate-Datenblatt f\u00fcr st\u00e4dtische Gebiete empfohlenen maximalen Reichweite entspricht. Obwohl es einige Paketverluste gab, war die \u00dcbertragung insgesamt deutlich zuverl\u00e4ssiger als im Testfall 1. Am am weitesten entfernten Messpunkt stieg der Paketverlust jedoch auf 84 %, was dazu f\u00fchrte, dass 5 von 6 Paketen verloren gingen, sodass keine weiteren \u00dcbertragungen m\u00f6glich waren.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-51900 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben.jpg\" alt=\"\" width=\"1199\" height=\"708\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben.jpg 1199w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben-300x177.jpg 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben-1024x605.jpg 1024w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben-768x453.jpg 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben-400x236.jpg 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergOben-360x213.jpg 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 1199px) 100vw, 1199px\" \/><\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Testfall-4-Gateway-1-Meter-ueber-dem-Boden-positioniert\"><\/span>Testfall 4: Gateway 1 Meter \u00fcber dem Boden positioniert<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>F\u00fcr diesen Test wurde das Gateway l\u00e4ssig auf einer Bank direkt neben dem Olympiaberg platziert und dieselbe Route erneut durchlaufen. Diese Konfiguration ergab eine viel bescheidenere Reichweite von 1,75 km. Dies \u00fcbertraf zwar Testfall 1, war aber deutlich weniger als die H\u00e4lfte der in Testfall 3 erreichten Reichweite.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-51902 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten.jpg\" alt=\"\" width=\"1212\" height=\"689\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten.jpg 1212w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten-300x171.jpg 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten-1024x582.jpg 1024w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten-768x437.jpg 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten-400x227.jpg 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/OlympiabergUnten-360x205.jpg 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 1212px) 100vw, 1212px\" \/><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Vergleich-der-Testfaelle-3-und-4\"><\/span>Vergleich der Testf\u00e4lle 3 und 4<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Der starke Kontrast zwischen diesen beiden Testf\u00e4llen unterstreicht den tiefgreifenden Einfluss der Gateway-H\u00f6he auf die Leistung von LoRaWAN. Die erh\u00f6hte Position im Testfall 3 \u2013 60 Meter \u00fcber dem Boden \u2013 zeigte eine Steigerung der Reichweite. Bemerkenswerterweise erreichte diese erh\u00f6hte Aufstellung eine Reichweite, die mit der in l\u00e4ndlichen Gebieten vergleichbar war, wo eine klare Sichtverbindung zwischen Gateway und GPS-Tracker leichter aufrechtzuerhalten war, obwohl das Gateway in der l\u00e4ndlichen Umgebung viel niedriger platziert war.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-51686\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high.png\" alt=\"\" width=\"1778\" height=\"881\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high.png 1778w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-300x149.png 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-1024x507.png 1024w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-768x381.png 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-1536x761.png 1536w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-400x198.png 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/euclide-dist-low-v-high-360x178.png 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 1778px) 100vw, 1778px\" \/><\/p>\n<p>Andererseits zeigte Testfall 4 die Einschr\u00e4nkungen auf, die durch eine niedrige Gateway-Platzierung entstehen. Die potenzielle Reichweite war mehr als halb so gro\u00df wie bei einer h\u00f6heren Gateway-Position im Testfall 3.<\/p>\n<h4><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Wichtige-Erkenntnisse\"><\/span>Wichtige Erkenntnisse<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h4>\n<p>Anhand der Ergebnisse aus den Testf\u00e4llen 1, 3 und 4 k\u00f6nnen wir mit Sicherheit best\u00e4tigen, dass sowohl Hindernisse in der Sichtlinie als auch die H\u00f6he des Gateways wichtige Faktoren f\u00fcr die \u00dcbertragungsreichweite und Zuverl\u00e4ssigkeit von LoRaWAN-Systemen sind. Eine erh\u00f6hte Platzierung des Gateways kann die nutzbare Reichweite erheblich vergr\u00f6\u00dfern, w\u00e4hrend Hindernisse und eine niedrigere Platzierung die Leistung erheblich beeintr\u00e4chtigen k\u00f6nnen.<\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Der-Unterschied-bei-Antennen-und-ihre-Auswirkung-auf-die-Reichweite\"><\/span>Der Unterschied bei Antennen und ihre Auswirkung auf die Reichweite<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>Da wir wissen, dass H\u00f6he und Sichtlinie die Kommunikationsreichweite zwischen IoT-Ger\u00e4ten und dem LoRa-Gateway erheblich beeinflussen, haben wir unseren Fokus auf einen anderen Faktor verlagert: den Einfluss der Antennenqualit\u00e4t auf die Reichweite und Zuverl\u00e4ssigkeit eines Ger\u00e4ts innerhalb des LoRa-Netzwerks. Um dies zu beurteilen, haben wir drei Tests an einem \u00e4hnlichen Standort durchgef\u00fchrt und dabei die maximale Reichweite mit verschiedenen Antennen gemessen. Die Ergebnisse aller drei Tests sind im Testfall 5 zusammengefasst.<\/p>\n<h3><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Testfall-5-Unterschiedliche-Antennen-gleicher-Standort\"><\/span>Testfall 5: Unterschiedliche Antennen, gleicher Standort<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h3>\n<p>Testfall 5 bietet Einblicke in die Frage, wie eine Antenne mit hohem dBi-Gain und hoher Qualit\u00e4t die Signalreichweite zwischen dem Gateway und den IoT-Ger\u00e4ten verst\u00e4rken kann. Obwohl die zus\u00e4tzliche Reichweite, die mit der 5-dBi-Glasfaserantenne erzielt wird, auf den ersten Blick gering erscheinen mag, bedeutet sie eine satte Verbesserung der Reichweite um 75 % im Vergleich zur Standardantenne. Diese Verbesserung ist bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass der Test mit hohem dBi-Wert mit Geb\u00e4udehindernissen zu k\u00e4mpfen hatte, w\u00e4hrend der Standardtest eine weitestgehend freie Sichtlinie hatte.<\/p>\n<p><br style=\"font-weight: 400;\" \/><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-51689 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/antennenvergleichFertig.png\" alt=\"\" width=\"400\" height=\"587\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/antennenvergleichFertig.png 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/antennenvergleichFertig-204x300.png 204w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/antennenvergleichFertig-360x528.png 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 400px) 100vw, 400px\" \/><\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-51691 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas.jpg\" alt=\"\" width=\"862\" height=\"547\" srcset=\"https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas.jpg 862w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas-300x190.jpg 300w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas-768x487.jpg 768w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas-400x254.jpg 400w, https:\/\/www.inovex.de\/wp-content\/uploads\/differentantennas-360x228.jpg 360w\" sizes=\"auto, (max-width: 862px) 100vw, 862px\" \/><\/p>\n<p>Eine bessere Antenne kann zwar die Reichweite und Zuverl\u00e4ssigkeit erheblich verbessern (haupts\u00e4chlich durch einen geringeren Paketverlust bis zu 1500 Metern), ist aber nicht so wirkungsvoll wie die Aufrechterhaltung der Sichtlinie oder die erh\u00f6hte Anbringung des Gateways. Es ist auch erw\u00e4hnenswert, dass die Glasfaserantenne mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer H\u00f6he von 60 cm f\u00fcr einige IoT-Anwendungsf\u00e4lle m\u00f6glicherweise zu gro\u00df ist.<\/p>\n<h2><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Fazit-und-Zusammenfassung\"><\/span>Fazit und Zusammenfassung<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2>\n<p>Insgesamt erweist sich LoRaWAN als ausgezeichnete Wahl f\u00fcr die \u00dcbertragung \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen in l\u00e4ndlichen und offenen Gebieten \u2013 insbesondere dort, wo das Gateway in H\u00f6hen von mehr als 50 Metern positioniert werden kann und eine klare Sichtlinie durchgehend aufrechterhalten werden kann.<\/p>\n<p>In st\u00e4dtischen Umgebungen steht LoRaWAN jedoch vor Herausforderungen. Selbst bei einer Gateway-Platzierung in H\u00f6hen von \u00fcber 50 Metern liegt die typische Reichweite, wie durch mehrere Tests und Berichte belegt, zwischen 2 km und 5 km. Das kritischste Problem, das die Zuverl\u00e4ssigkeit von LoRaWAN in st\u00e4dtischen Umgebungen untergr\u00e4bt, ist der unvorhersehbare Paketverlust und die Inkonsistenz der \u00dcbertragung, wenn die Sichtverbindung beeintr\u00e4chtigt ist oder wenn das Netzwerk St\u00f6rungen durch Hochspannungsleitungen oder L\u00e4rm von Maschinen ausgesetzt ist, insbesondere in industriellen Umgebungen.<\/p>\n<p>Dennoch kann LoRaWAN in st\u00e4dtischen Umgebungen, in denen IoT-Ger\u00e4te station\u00e4r sind und die RSSI-Gesamtwerte \u00fcber -80 dBm liegen (der Schwellenwert, bei dem in unseren Tests erstmals starke Paketverluste beobachtet wurden), als zuverl\u00e4ssige L\u00f6sung dienen.<\/p>\n<p>Durch die Aufr\u00fcstung auf bessere Antennen kann die Reichweite weiter erh\u00f6ht werden, aber die Gewinne sind hier im Vergleich zu den Auswirkungen der Sichtverbindung und der Gateway-H\u00f6he relativ bescheiden.<\/p>\n<p>F\u00fcr die Verfolgung von Anwendungsf\u00e4llen in st\u00e4dtischen Umgebungen ist es eine Herausforderung, mit LoRaWAN und einem einzigen Gateway eine fl\u00e4chendeckende Abdeckung zu erreichen. Selbst wenn dies m\u00f6glich w\u00e4re, w\u00e4ren die Kosten wahrscheinlich enorm. Um beispielsweise eine gleichm\u00e4\u00dfige Signalabdeckung in ganz M\u00fcnchen (mit einer Fl\u00e4che von 310,71 km\u00b2) zu gew\u00e4hrleisten, m\u00fcsste etwa alle 800 m\u00b2 ein Wisgate-Gateway installiert werden. Dies w\u00fcrde bedeuten, dass etwa 311 Gateways installiert werden m\u00fcssten, was Hardwarekosten von gesch\u00e4tzt \u00fcber 150.000 Euro bedeuten w\u00fcrde \u2013 und diese Sch\u00e4tzung schlie\u00dft Installations- und andere damit verbundene Kosten nicht ein.<\/p>\n<p>Selbst wenn alle diese Gateways in einer H\u00f6he von 60 Metern \u00fcber dem Boden positioniert werden k\u00f6nnten, w\u00e4re die Gesamtzahl der erforderlichen Gateways mit \u00fcber 70 Einheiten immer noch betr\u00e4chtlich. Eine Infrastruktur dieser Gr\u00f6\u00dfenordnung ist f\u00fcr die meisten Eins\u00e4tze wahrscheinlich nicht praktikabel, wenn sie sich auf einzelne Anwendungsf\u00e4lle beschr\u00e4nken. F\u00fcr eine gr\u00f6\u00dfere Zahl von Anwendungsf\u00e4llen oder beschr\u00e4nkten Fl\u00e4chen wie beispielsweise Industrieanlagen bietet sich LoRaWAN hingegen an, wenn die einschr\u00e4nkenden Faktoren wie H\u00f6he der Gateways und St\u00f6rungen durch elektromagnetische Emissionen mit ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><em>Dieser Artikel ist zu gro\u00dfen Teilen eine \u00dcbersetzung des Artikels \u201e<a href=\"https:\/\/www.inovex.de\/de\/blog\/key-influences-in-tracking-with-lorawan\/\" rel=\"\">Key Influences in Tracking With Lorawan<\/a>\u201c.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Wenn es um Smart Metering bei der Energieversorgung geht, ist LoRaWAN eine spannende Technologie, die bei geringem Investitionsaufwand viel Potenzial bietet. 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