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LoRaWAN steht für Long-Range Wide-Area Network. LoRaWAN eignet sich sehr gut für batteriebetriebene mobile Geräte mit dem Ziel, einen effizienten Weg für bidirektionale Kommunikation zu schaffen. LoRaWAN ist in mehrere Teile gegliedert, es besteht aus einem LoRa Sensor, einem LoRaWAN Gateway und einem LoRaWAN Netzwerkserver. Mit LoRaWAN ist es möglich, Informationen in zwei Richtungen zu übertragen. Informationen, die vom LoRa-Sensor gesendet werden, nennt man Uplink-Nachricht. Informationen, die vom Netzwerk an den Sensor gesendet werden, werden als Downlink-Nachricht bezeichnet. LoRaWAN - wie funktioniert es? LoRaWAN zielt auf einen niedrigen Energieverbrauch ab und ermöglicht gleichzeitig die Übertragung von Informationen über große Entfernungen. Ein niedriger Energieverbrauch wird erreicht, indem genau festgelegt wird, wann Informationen ausgetauscht werden können. So kann ein LoRa-Sensor nur aufwachen, um eine Nachricht zu senden, während sich der Sensor den Rest der Zeit in einem energiesparenden Schlafmodus befindet. Um noch mehr Energie zu sparen, ist das Netzwerk in der Lage, die Einstellungen des Sensors anzupassen, was als Adaptive Datenrate (ADR) bezeichnet wird. Dies gibt dem Netzwerk die Möglichkeit, den Sensor so einzustellen, dass er nicht länger sendet als für eine zuverlässige Kommunikation erforderlich.  

Die LoRa Alliance ist eine Non-Profit-Organisation, die sich für die Standardisierung des LoRaWAN-Netzwerks einsetzt. Die Organisation besteht aus einer Vielzahl von Mitgliedern aus verschiedenen Branchen (von Betreibern und multinationalen Unternehmen bis hin zu Sensorherstellern). Die Mitglieder arbeiten zusammen, um eine erfolgreiche globale Einführung des LoRa (Long Range Low Power)-Protokolls zu fördern, indem sie Wissen und Erfahrungen austauschen und eine Zusammenarbeit zwischen Betreibern weltweit aufbauen. Die Organisation ist für den LoRaWAN Standard und die Ausstellung von Zertifikaten verantwortlich. Das Zertifikat zeigt an, dass ein Sensor gemäß dem LoRaWAN-Standard funktioniert und mit allen LoRaWAN-Netzwerken kompatibel ist (abgesehen von der Tatsache, dass die Frequenz von Land zu Land unterschiedlich sein kann).  

TTN (The Things Network) hat die LoRaWAN-Technologie bekannt gemacht, indem es einen kostenlosen LoRaWAN-Netzwerkserver anbietet, auf den jeder zugreifen kann. Das Prinzip ist der Aufbau eines offenen LoRaWAN-Netzwerks mit internationaler Abdeckung. Es handelt sich um eine Gemeinschaft, in der alle Mitglieder zustimmen, dass ihre eigene Infrastruktur (LoRaWAN-Gateways) von jedermann genutzt werden kann. Es ist ein kostenloser Service mit der Bedingung, dass alle Daten von allen in der Nähe befindlichen Sensoren Ihre Gateways nutzen können, um mit Anwendungen von Dritten zu kommunizieren. Es gibt keine Garantie für die Verfügbarkeit der verschiedenen Knoten des Netzwerks, ausgenommen natürlich die LoRaWAN-Gateways, die Sie selbst hinzufügen. Thingsdata bietet eine Standardintegration mit The Things Network.

Bei einem Einsatz von Sensoren, die über ein LoRaWAN-Netzwerk kommunizieren, ist der LoRaWAN-Netzwerkserver ein zentrales Element. Der LoRaWAN-Netzwerkserver ist für die Verwaltung der angeschlossenen LoRaWAN Gateways (Radio Access Network), die Autorisierung der Sensoren und den Datenaustausch (Uplink, Downlink) zwischen den Sensoren und den Anwendungen zuständig.

LoRaWAN Klassen bestehen aus drei verschiedenen Typen: Klasse A, Klasse B und Klasse C. Klasse A Sende eine Nachricht entsprechend der Einstellung im LoRaWAN-Sensor. Eine Downlink-Nachricht ist nur innerhalb von zwei Empfangsslots möglich, nachdem der LoRaWAN-Sensor eine Nachricht gesendet hat. Am energieeffizientesten. Pflicht zur Implementierung in jedem LoRaWAN-Sensor. Klasse B Erweiterung zu Klasse A. Der LoRaWAN-Sensor hat festgelegte Abfrageintervalle. Das Netzwerk sendet Beacons an die LoRaWAN-Sensoren, die das Intervall bestimmen. Weniger energieeffizient als Class A. Klasse C Erweiterung von Klasse A. Download von Nachrichten jederzeit möglich. Der LoRaWAN-Sensor ist auf kontinuierliche Abfrage eingestellt. Nicht energieeffizient. LoRaWAN-Sensoren mit Klasse C sind noch wenig verbreitet.

Over The Air Activation (OTAA) ist eine Methode, mit der ein LoRa-Sensor mit einem LoRaWAN-Netzwerk verbunden wird. Eine andere Methode, mit der ein LoRa-Sensor mit einem Netzwerk verbunden werden kann, ist Activation By Personalisation (ABP). Bevor ein Sensor an einem LoRaWAN-Netzwerk teilnehmen kann, müssen sowohl dem Sensor als auch dem Netzwerk die folgenden Daten bekannt sein: die DevAddr, der NwkSKey und der AppSKey. Die DevAddr ist eine eindeutige Adresse innerhalb des LoRaWAN-Netzwerks, die den Sensor identifiziert. Der NwkSKey und der AppSKey werden für die Nachrichtenverschlüsselung benötigt. Mit OTAA werden diese drei Daten generiert und zwischen dem Netzwerk und dem Sensor mit Hilfe eines Join-Verfahrens ausgetauscht. OTAA und das Join-Verfahren Während des Join-Verfahrens werden die Sicherheitsschlüssel (NwkSKey und AppSKey) dynamisch bestimmt und das Netzwerk verteilt eine freie DevAddr an den Sensor. Das bedeutet, dass jedes Mal, wenn der Sensor eine neue Sitzung eröffnet, auch neue Verschlüsselungsschlüssel erzeugt werden. Aus Sicherheitsgründen kann beschlossen werden, hin und wieder eine neue Sitzung zu eröffnen, um die Sicherheitsschlüssel zu aktualisieren. Wie wird das Join-Verfahren durchgeführt? Um das Join-Verfahren in der OTAA-Methode durchzuführen, werden drei Daten benötigt (diese unterscheiden sich von den oben genannten Daten), nämlich DevEUI, AppEUI und AppKey. Wenn diese Daten sowohl auf der Sensor- als auch auf der Netzwerkseite konfiguriert sind, ist es möglich, das Join-Verfahren auszuführen und die oben genannten Daten DevAddr, NwkSKey und AppSKey dynamisch zu berechnen. Da diese Daten dynamisch erzeugt werden, kann der Sensor das Netzwerk wechseln. Dies steht im Gegensatz zur ABP-Methode.

Industrie 4.0 ist die vierte industrielle Revolution und geht einen Schritt weiter als die Digitalisierung. Es geht um die Verbindung und Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen und Maschinen, die es Organisationen ermöglicht, schneller, effizienter und weitgehend automatisiert zu arbeiten. Industrie 4.0 ist der Übergang von der Digitalisierung zu einer Wirtschaft und Gesellschaft, in der die Grenzen zwischen der physischen, digitalen und biologischen Welt zunehmend verschwinden.

Die Fähigkeiten der einzelnen Simkarten-Formfaktoren sind gleich, aber sie haben unterschiedliche Abmessungen, sodass sie für bestimmte Gerätetypen eingesetzt werden können. 2FF-, 3FF- und 4FF-Simkarten müssen in ein Gerät eingesetzt werden, während MFF2-Simkarten, die vakuumversiegelt sind, direkt auf die Platine gelötet werden. Daher werden sie auch Embedded Sim Cards genannt. IoT-Konnektivität Simkarten gibt es in vier verschiedenen Formen, von der 2FF, der größten Simkarte, bis zur 4FF oder Nano-Simkarte, der neuesten und kleinsten der Simkarten. Es gibt auch eine integrierte Simkarte: die MFF2 (Sim Chip). Jede Generation von Simkarten ist kleiner als die vorherige. Obwohl sie normalerweise mit der Generation bezeichnet werden, aus der sie stammen (2, 3, 4), werden sie auch "Mini-Simkarten" (2FF), "Micro-Simkarten" (3FF), "Nano-Simkarten" (4FF) oder "Embedded-Simkarten" (MFF2) genannt. Abmessungen des SIM-Formfaktors 2FF (mini): 25 mm x 15 mm x 0,76 mm 3FF (micro): 15 mm x 12 mm x 0,76 mm 4FF (nano): 12,3 mm × 8,8 mm × 0,67 mm MFF2 (eingebettet): 5 mm x 6 mm x 1 mm

Eine IoT-Konnektivität Simkarte, SIM-Karte oder SIM (Subscriber Identity Module) besteht aus einem Kontaktchip, der von schützendem Kunststoff umhüllt ist. Der Kontaktchip enthält die Authentifizierungsdaten eines Geräts und ermöglicht dem Gerät den Zugang zu einem Mobilfunknetz.

LTE (Long Term Evolution), auch bekannt als 4G, ist in Deutschland bereits seit 2010 in begrenztem Umfang verfügbar. Das LTE-Netz ist erst seit 2013 öffentlich verfügbar. LTE hat eine maximale Geschwindigkeit von 12,5 MB/s und ist abwärtskompatibel mit 3G und 2G). Außerdem ist LTE bei der Bandbreitenzuweisung viel flexibler, was zu weniger Überlastungen führt.

3GPP (3rd Generation Partnership Project) ist eine im Dezember 1998 gegründete Vereinbarung zwischen verschiedenen Telekommunikationsstandards. Ziel des 3GPP ist es, ein weltweit anwendbares technisches System und einen Bericht zu erstellen, der auf der Entwicklung der GSM-Netze der dritten Generation und der von ihnen verwendeten Funktechnologie basiert 3GPP-Arbeitsgruppen Zu den Aufgaben der 3GPP-Arbeitsgruppen gehören die Spezifikationen der Netzprotokolle und der Infrastruktur der 2G - 5G Netze (M2M, LTE M, NB-IOT).

HSUPA steht für High Speed Uplink Packet Access. In der Vergangenheit sind die Download-Geschwindigkeiten schnell angestiegen, aber der Upload blieb nach. Der Upload bei HSDPA beträgt nur 125 KB/s. Warum wurde HSUPA entwickelt? Aus diesem Grund wurde der HSUPA-Standard entwickelt, der ebenfalls eine Erweiterung von 3G ist. In diesem Standard wurde der maximale Upload auf 720 KB/s erhöht. 3G-Netze werden weiterhin im Rahmen des M2M-Dienstes angeboten.