LoRaWAN –
Wie eine Smart
City entsteht

LoRaWAN – wie eine Smart City entsteht
Das Thema Smart City besteht aus vielen verschiedenen Bereichen, die das zukünftige Leben betreffen werden. Dazu gehören u.a. die Bereiche Smart Living, Smart Energy, Environment, Smart Learning und Smart Government. All diese Sektoren sind unter den Begriff „Internet der Dinge“ (Kurzform IoT) verankert. IoT ist eine Infrastruktur die es ermöglicht, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken zusammenarbeiten zu lassen.

Die dazu genutzte – Infrastruktur in Karlsruhe beruht auf einer international normierten Funktechnik namens „Long Range Wide Area Network“ (LoRaWAN). Innerhalb eines solchen Netzwerks werden geringe Datenmengen übertragen, dabei können die Sensoren oder Kommunikationsmodule über weite Strecken senden. Überland schafft die Technologie bis zu 20km. Im Stadtgebiet rechnet man zwischen 1 und 2 km Reichweite. Da das bekannte WLAN räumlich stark begrenzt ist, liegen die Vorteile con LoRaWAN darin, Daten über Entfernungen bis zu 15 Kilometer zu senden und zu empfangen.

LoRaWAN in Karlsruhe – technische Grundladen
LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und beschreibt einen
internationalen offenen Funkstandard, der Geräte aus dem Internet der
Dinge vernetzt. Hierbei werden zum Beispiel Daten über Temperatur,
Füllstände oder Maschinen gesammelt. Im Stadtgebiet geht man von einer
Reichweite von ein bis zwei Kilometer aus. In ländlichen Gebieten mit
direkter Sichtverbindung können auch bis zu 20 Kilometer möglich sein.

Die Vorteile von LoRaWAN

• geringer Energieverbrauch der Endgeräte bei Class A und B
• hohe Reichweite mit hoher Durchdringung
• geringe Kosten für Betrieb und Wartung
• bidirektionaler Datenaustausch

Netzwerkarchitektur – vereinfachte Darstellung
Der Sensor oder die Schnittstelle, welche mit einem LoRa-Kommunikationschip ausgerüstet ist, sendet die Datenpakete an eine Antenne, die wiederum an ein Gateway angeschlossen ist. In Karlsruhe sind die Gateways auf hochgelegenen Gebäuden installiert, welche wiederum über das stadtwerkeeigene Glasfaser- und Kupfernetz direkt mit dem eigenen Rechenzentrum verbunden sind.

LoRaWAN in Karlsruhe – aktuelle Standortkarte

Neben der Zusammenarbeit mit der Stadt Karlsruhe haben die Stadtwerke eine Kooperation mit der Feuerwehr Karlsruhe, Hoepfnerburg und der VBK. Mit der Feuerwehr wurde zu Testzwecken eine Antenne in Walzbachtal installiert, die via Richtfunk an das Karlsruher Netz angeschlossen ist. Zudem wird im Zuge der Forschungspartnerschaft mit dem KIT (FPS KA) eine Antenne am KIT Nord installiert.

1. Seit wann wird konkret an LoRaWAN gearbeitet?
An LoRa wird seit Ende September 2016 gearbeitet. Hier gab es einen ersten Piloten bei dem die Technik getestet wurde. Ausgangspunkt waren die eigenen Bedürfnisse und Anforderungen an unsere zukünftigen Möglichkeiten. Hierfür wollten wir für uns, unsere Schwesterunternehmen, die Region Karlsruhe und natürlich unsere Kunden die neuen Möglichkeiten des Internets der Dinge erschließen. Hinzu kommt, dass LoRa ein frei nutzbarer Standard ist, den ein SW unabhängig von anderen Netzbetreibers aufbauen und betreiben kann. Somit ist es für uns und die Stadt Karlsruhe möglich in diesem neuen Technologiefeld zum Motor der Region zu werden. Somit waren wir unabhängig von anderen Netzanbietern. Einzig die Applikationsplattform wurde durch den Partner Zenner IoT Solutions GmbH dazugeholt. Hintergrund war, dass man sich auch als regional engagierter Energieversorger, mit kommunalen Anteilseignern, neuen Herausforderungen stellen muss, um sich so Gedanken für zukünftige Geschäftsfelder zu machen. Der Betrieb von sensibler Infrastrukturen gehört schon immer zu unserem Kerngeschäft. Somit können wir unsere Expertise und Erfahrungen auch für neuen Technologien und Infrastrukturen nutzen.

2. Wie läuft die Umsetzung?
Aufbauend auf unserer bereits sehr guten LWL- und Kupfer-Kommunikationsinfrastruktur und unseren eigenen Rechenzentren haben wir in einem ersten Wurf die Stadt Karlsruhe mit z.Zt. 16 Antennen erschlossen und diese auch unter unserem Anspruch einer hoch sicheren Infrastruktur, mit unserer eigenen, Kommunikationsinfrastruktur (keine Cloudlösung irgendwo auf dieser Welt, Vermeidung von LTE-Anbindung, etc.) erschlossen. z.Zt. sind die Serverstrecken sind fast fertig eingerichtet mit Schnittstelle in unsere Netzleitstelle und die geplante erste Antennenausbaustufe ist bis auf zwei Antennen abgeschlossen. Als nächstes führen wir einen Feldtest durch, um eine belastbare Grundlage für unsere zukünftige Planung (schließen weißer Flecken) zu haben.

3. Wo sind die Hürden?
LoRa ist für die meisten in Deutschland eine neuere Technik, bei der die Expertise erst noch aufgebaut werden muss. Dabei arbeitet man langfristig auch sehr viel mit Erfahrungswerten, welche teilweise erst noch gesammelt werden müssen. Eine Hürde ist bestimmt das Aufbauen der Antennen. Man muss sich mit den Gebäudeverwaltern abstimmen, den Blitzschutz installieren lassen, prüfen wo man die Antenne aufbaut und wie sie an das Netz angebunden wird. Gerade hier herrscht bei „Neueinsteigern“ in diese Technik oft eine hohe Unsicherheit.

4. Was sind die Herausforderungen?
– gute Netzabdeckung mit hoher Durchdringung
– sichere Netzgestaltung, da Kunden IoT-Daten als sehr sensibel sehen
– Sensibilisierung wie man mit dem Thema IoT und SmartCity umgeht
– Verständnis wie LoRa funktioniert und welche Anforderungen es erfüllen kann

5. Welche Tipps gibt es?
– Sich zu Beginn an Experten wie Zenner IoT oder erfahrenen Netzbetreiber wenden, welche einen mit ihren Erfahrungswerten beratend zu Seite stehen können.
– Sich einen erfahrenen IoT-Netzbetreiber zu wenden (z.B. Stadtwerke Karlsruhe) und deren Dienstleistung und Erfahrung in Anspruch zu nehmen um weniger Anfangsfehler zu machen und Unsicherheiten zu vermeiden. Somit kann man sich im ersten Schritt sich auf die Sensor- und Reichweitenerkundung begeben, das erleichtert einen den Einstieg zum Netzausbau und erspart einen direkten größeren IT Aufwand (wenn man nicht in eine Cloud von einem Fremdanbieter möchte)

6. Gibt es derzeit aktuelle und konkrete Beispiele bezüglich Parkraum oder Füllstandssensoren in Karlsruhe?
– In Karlsruhe haben wir aktuell keine Projekte im Parkraumbereich. Aber unser Füllstandssensor Oskar ist eine Eigenentwicklung von Zenner IoT und den Stadtwerken Karlsruhe, auf die wir sehr stolz sind. Wenn die VBK Kunde bei den SWKA wird, bezahlen Sie eine monatliche Gebühr. Anschließend können Sie über die Applikationsplattform ihre Daten einsehen und verwalten. Die Sensoren werden vom Kunden selbst gekauft und verbaut.
– Wir testen Trafosensoren (Leistungswerte, Störmeldungen, etc.) in unserem eigenen Netz.
– Wir haben gemeinsam mit dem Zoo in einem Erstversuch das Exotenhaus mit Raumklimasensoren versehen.
– Wir testen diverse LoRa Messgeräte/Zähler im eigenen Netz
Zudem: Zusammenarbeit mit Zenner IoT Solutions und eGovernment-Wettbewerb.
– Wir haben uns bei dem eGovermentswettbewerb 2017 beworben. Dabei haben wir in der Kategorie „Infrastruktur“ den 3. Platz und in der Publikumskategorie den 2. Platz belegt.
– Wir stehen auch mit etablierten Sensorherstellern in Kontakt, um deren Technik gemeinsam (Eigennutzen der Stadtwerke vorausgesetzt) für LoRa umzusetzen/entwickeln.