LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network. Diese mittlerweile weltweit etablierte Funktechnologie eignet sich für die Datenübertragung im Internet der Dinge. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, die Daten von Sensoren im Feld einzusammeln und in die Cloud zu kommunizieren. Da sich die Technik durch Energieeffizienz und Reichweite auszeichnet, eignet sie sich vor allem dort, wo die Vernetzung mittels konventioneller Mobilfunktechnik nicht möglich ist. Gerade im Bereich der öffentlichen Infratsruktur kommt die Technologie bisher zur Abfrage von Gas-, Wasser- oder Stromzählern zum Einsatz, sie eignet sich aber auch zur Vernetzung von Produktionsmitteln in der Fertigung. Dabei zeichnet sich das LoRaWAN durch eine hohe Datensicherheit aus.
Reichweiten von bis zu 40 km
Um die Technologie international nutzen zu können, werden in vielen Ländern zurzeit LoRa-Netze aufgebaut. In Deutschland realisieren Städte eigene Netze. Große Telekommunikationsunternehmen wie die Telekom investieren in eigene NB-IoT-Lösungen (Narrow Band IoT). LoRaWAN steht dabei im Wettbewerb zu Technologien wie Bluetooth, WiFi aber auch GSM und LTE, und zukünftig zu 5G. Während Bluetooth Low Energy und WiFi Technologien für hohe Datenraten und kurze Übertragungswege sind, fehlt bei den Funknetzen (GSM und LTE) bisher eine ausreichende Abdeckung. Hinzu kommt ein relativ hoher Energiebedarf, der bei mobilen Geräten einen häufigen Batteriewechsel erforderlich macht. LoRaWAN bietet damit für viele Anforderungen eine geeignete Lösung. Die Technologie wird von der LoRa Alliance als IoT-Kommunikationsstandard weiter entwickelt.
Die Technologie ermöglicht Reichweiten von bis zu 40 km im freien Land. Vorteilhaft ist auch die Fähigkeit, Gebäude zu durchdringen, sodass selbst unterirdische Räumlichkeiten versorgt werden können. Der Stromverbrauch der Endgeräte beträgt etwa 10 mA im Betrieb, rund 100 nA im Ruhemodus. Die Netze sind sternförmig aufgebaut. Die Endgeräte kommunizieren darin mit Gateways, die ihre Datenpakete an einen Server senden, der wiederum die Schnittstelle zu den IoT-Plattformen darstellt. Die Datenrate liegt zwischen 0,3 und 50 kbit/s.
Modul ermöglicht den Technik-Einstieg
Das LoRa-Modul nutzt die innovative Renesas-Synergy-Plattform und eröffnet Anwendern den Zugang zu Mikrocontrollern (MCUs) sowie einem produktionsreifen Softwarepaket. Entwickler können die S3A6-MCU auf dem LoRa-basierten Modul einsetzen, um verschiedene Aufgaben zu erledigen, während sie Daten nahtlos über ein LoRaWAN-basiertes Netzwerk in die Cloud streamen. Das Lo-Ra-Protokoll entwickelt sich schnell zum De-facto-Standard, um die „Dinge“ des Internet of Things (IoT) über weite Strecken flexibel und sicher zu verbinden und gleichzeitig die Batterien über Jahre am Laufen zu halten. Sowohl Renesas als auch Miromico sind Mitglieder der LoRa Alliance.
Das FMLR-61-x-RSS3-Modul ist nur 14,2 mm x 19,5 mm groß. Die Betriebsspannung beträgt 1,8 bis 3,3 V und die Leistungsaufnahme des Moduls reicht von nur 1,4 uA im Schlafmodus bis 25,5 mA im TX-Modus. Die Receiver-Empfindlichkeit beträgt -148 dBm im LoRa-Modus SF12 bei 10,4 kHz. Der Betriebstemperaturbereich des Moduls reicht von -40 bis 85°C. Weiteres Merkmal des Moduls ist der neu lizenzierte LoRaWAN-Stack mit FOTA-Funktionen (Firmware-Over-The-Air). Das Modul wurde für alle relevanten Zertifizierungen entwickelt und lässt sich als LoRa-Serienlösung im Feld einsetzen. Insbesondere dank seiner Spezifikationen eignet sich das Modul ideal für Sensoranwendungen im städtischen als auch ländlichen Umfeld, wie Messzähler, Asset-Tracking, Gebäudeautomation, Sicherheitstechnik, Wearables, vorausschauende Wartung und mehr.
Das FMLR-61-x-RSS3-Modul nutzt eine S3A6 MCU mit integriertem 48 MHz Arm-Cortex-M4-Core und verfügt über 256 KB Code-Flash-Speicher, 8 KB Daten-Flash und 32 KB SRAM. Dies bietet genügend Speicherplatz, damit Entwickler eine Vielzahl eigener Funktionen hinzufügen können. Die meisten MCU-Signale sind auf Modulebene verfügbar, um sie extern zugänglich zu machen. Die in einem Low-Power-Prozess hergestellten Peripherieelemente der S3A6-MCU umfassen Analogfunktionen wie einen 14-Bit-SAR-Analog-Digital-Wandler, einen 12-Bit-Digital-Analog-Wandler, Operationsverstärker und Komparatoren. Verschiedene Timer-Kanäle und serielle Ports, eine USB-Funktion, CAN, DMA und leistungsfähige Safety- und Security-Hardware machen die S3A6 zur idealen MCU für eine Vielzahl von batteriebetriebenen Anwendungen. Darüber hinaus ist die S3A6 Teil des Renesas-Synergy-MCU-Portfolios, mit dem das es einfach macht, mehr Funktionalität zu erreichen oder Kostenoptimierung zu erzielen.
Die Produktentwicklung beschleunigen
Die Renesas Synergy Plattform umfasst das Synergy Software Package (SSP) mit einer großen Auswahl an produktionsreifer Software. Das SSP enthält das ThreadX-Echtzeit-Betriebssystem und zugehörige Middleware wie ein Dateisystem, einen USB-Stack, GUI-Software, Application Frameworks und Funktionsbibliotheken für Verschlüsselungs- und DSP-Funktionen. Mit dieser innovativen und leistungsfähigen Kombination aus Hard- und Software können Anwender die Produktentwicklung deutlich beschleunigen.
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Weltweite Allianz
Die LoRa Alliance mit mehr als 500 Mitgliedsunternehmen hat es sich zum Ziel gesetzt, mit LoRaWAN einen offenen Standard bei LPWAN-Technologien zu etablieren. Durch die Standardisierung und das akkreditierte Zertifizierungsprogramm ermöglicht die LoRa-Alliance die erforderliche Interoperabilität, damit LPWA-Netzwerke skaliert werden können. Ende Dezember konnte der Verband den 100-sten LoRaWAN-Netzbetreiber aufnehmen. Die breite Verfügbarkeit von LoRaWAN-Netzwerken macht es möglich, IoT-Lösungen unter Nutzung der bestehenden Infrastruktur einzusetzen, sodass Produkte und Lösungen angeboten und vernetzt werden können. Darüber hinaus hat sich die Anzahl der Endgeräte, die an LoRaWAN-Netzwerke angeschlossen sind, seit Anfang des Jahres 2018 verdreifacht haben. LoRaWAN-Netzwerke werden weltweit eingesetzt, wobei die Regionen Asien-Pazifik und Europa mit 30 bzw. 50 % im Jahr 2018 das größte Wachstum aufweisen. In allen Schlüsselregionen werden regionale Spezifikationen festgelegt.
