Intelligente Straßenbeleuchtung – Mobilfunk vs. LoRaWAN

LoRaWAN

• Das LoRaWAN-Netzwerk kann kleine Mengen von Datenpaketen zwischen LoRA-Gateways und Geräten über eine Reihe von austauschen 5-10 km.
• Zwischen Gateways und Geräten ist eine freie Sichtverbindung erforderlich.
• LoRa Gateways können über 1000 Geräte verbinden. Die LoRa Gateways fungieren jedoch oft als Single Point of Failure. Das gesamte Netzwerk bricht zusammen, wenn ein Gateway ausfällt.

Mobilfunk-IoT

• Mobilfunknetze werden oft als IoT-Kommunikation (Internet of Things) bezeichnet, wenn sie von intelligenten Geräten verwendet werden.
• Das zellulare IoT-Netzwerk kann mittlere bis sehr große Datenmengen in Echtzeit zwischen den lokalen Mobilfunkmasten und den Geräten austauschen.
• Zu den Optionen gehören: LTE-CAT M1, NB-IoT, LTE CAT 1 (4G) oder GSM / EGPRS (2G/ 3G). Das Gerät wählt das am besten geeignete Netz basierend auf der Verfügbarkeit der lokalen Telekommunikationsbetreiber aus.

LoRaWAN

LoRA ist für niedrige Bandbreite und hohe Latenz ausgelegt.
Es eignet sich für Anwendungen wie:

• Verbinden von Objekten, die keine häufigen Daten oder Echtzeit-Konnektivität benötigen. Und läuft auf Batterie. Zum Beispiel prüfen, ob die Mülltonnen voll oder leer sind, Umweltdaten in abgelegenen Regionen sammeln und landwirtschaftliche Sensoren überwachen.
• Fernauslesung von Smart Metern (Strom, Gas, Wasser)
• Mehrere Millionen Geräte nutzen heute LoRaWAN, insbesondere Verbraucher- und professionelle Anwendungen. Die Adoptionsrate von LoRa in öffentlichen kritischen Infrastrukturen (wie Ampeln, Wasserpumpen, Geldautomaten usw.) ist jedoch gering.

Mobilfunk-IoT

• Mobilfunk-IoT bietet mittlere/sehr hohe Bandbreite, geringe Latenz (schnelle bidirektionale Kommunikation)
• Diese Netzwerktopologie kann alle Marktanwendungen vom Typ LoRA/UNB sowie Anwendungen unterstützen, die eine Echtzeitkommunikation benötigen, wie z. B. Geldautomaten, Ampeln, Sicherheitskameras, öffentliche Parksysteme, intelligente Beleuchtung und andere Smart City um weitere Anwendungsbeispiele zu finden.
• . Billion Geräte funktionieren heute im Mobilfunknetz.
• Alle Mobiltelefone der Welt nutzen Cellular IoT.

LoRaWAN

• LoRA arbeitet auf unlizenziertem Spektrum – eine proprietäre Lösung (im Grunde kann jeder ein LoRA-Gateway installieren)
• Das LoRA-Spektrum (ISM-Band 433 oder 868 MHz, 2.4 GHz) wird von mehreren anderen Diensten verwendet, die die Leistung des Netzwerks beeinträchtigen können, und ist anfällig für Störungen*
• Die Wahrscheinlichkeit, dass es in einem Netzwerk zu Störungen kommt (Störung der Funkkommunikation aufgrund mehrerer Anwendungen, die das Spektrum nutzen), ist viel höher
• Es gibt keine Garantie, dass dieses unlizenzierte Spektrum nach 2028 verfügbar sein wird

Mobilfunk-IoT

• Lokale Telekommunikationsbetreiber kaufen das lizenzierte Spektrum, um lokale Mobilfunknetze zu betreiben (Lizenzen werden verwaltet von 3GPP globale Allianz und von der nationalen Regierung gewährt)
• Alle Verbindungen werden geprüft, verifiziert und erst dann dem Netzwerk beitreten dürfen
• Lokale Telekommunikationsbetreiber verwalten die Netzwerke aktiv, häufig mit Dienstverfügbarkeit rund um die Uhr, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit aufrechterhalten wird

LoRaWAN

• Es gibt keine etablierte Methode für das LoRA-Netzwerk
• LoRA-Gateways und -Netzwerke können von lokalen Bürgern, Telekommunikationsbetreibern, Privatunternehmen oder sogar Kommunen verwaltet werden
• Falls eine Gemeinde ihr eigenes LoRA-Netzwerk verwalten möchte, muss sich ihre IT-Organisation um das SLA und die Netzwerkverfügbarkeit kümmern (einschließlich Wartung, Notfall-Backup, geschultes Personal für die Wiederherstellung usw.).

Mobilfunk-IoT

• Lokale Telekommunikationsbetreiber bieten eine garantierte Ressourcenzuweisung, die für Managed Quality of Service (QoS) benötigt wird, die Betriebszeit beträgt oft bis zu 99,99 %
• Lokale Telekommunikationsbetreiber bieten verschiedene Service Level Agreements (SLA) an, einschließlich Verfügbarkeitsgarantien für die verschiedenen Netzwerktopologien
• NB-IoT und LTE-CATM1 verwenden lizenziertes 3G-, 4G- und 5G-Spektrum der Telekommunikationsbetreiber, und daher gelten alle SLAs und Verfügbarkeitsgarantien für diese Netzwerktopologie
• Mit anderen Worten, die Gemeinde muss sich nicht um das Netzwerkmanagement kümmern (wie das Netzwerk für Mobiltelefone).

LoRaWAN

• Während LoRA von mehreren privaten Unternehmen, Systemintegratoren und Verbrauchern übernommen wurde, wurde es von den großen Telekommunikationsbetreibern nicht übernommen. Dies ist eine der größten Barrieren

Mobilfunk-IoT

• Alle großen / internationalen Telekommunikationsbetreiber haben sich für die Implementierung entschieden LTE-Kat M1/ NB-IoT im großen Stil. Der Rollout ist in vielen Ländern weltweit abgeschlossen.
• LTE CAT1 und GSM/ EGPRS sind Standardkommunikationsnetzwerke für Mobiltelefone und weltweit verfügbar

LoRaWAN

• Das LoRA-Netzwerk bietet standardmäßige ISM-Hochfrequenzsicherheit. Sie wird oft als unzureichend für öffentliche kritische Infrastrukturen argumentiert

Mobilfunk-IoT

• Starke Netzwerksicherheit basierend auf den globalen 3GPP-Standards
• Es bleibt heute in der Branche ein globaler Standard mit den höchsten Sicherheitsstufen (mit kontinuierlichen Updates).
• Öffentliche kritische Infrastrukturen wie Ampeln, Sicherheitskameras und Geldautomaten sind für den täglichen Betrieb auf das zellulare IoT-Netzwerk angewiesen

LoRaWAN

• Aufgrund der (sehr) geringen Bandbreite des LoRA-Netzwerks ist es oft sehr zeitaufwändig (es kann Wochen für ein OTA-Update dauern) oder gar nicht möglich (wenn die Anzahl der LoRA-Geräte pro Gateway höher ist).
• Das Fehlen eines sofortigen OTA-Updates wird leider als eines der größten Risiken im Zusammenhang mit LoRA-basierten Geräten angesehen. Im Falle einer Sicherheitsverletzung kann diese Abhängigkeit zu unerwarteten Risiken führen

Mobilfunk-IoT

• Aufgrund der Verfügbarkeit von guter Bandbreite und Geschwindigkeit können Steuerungen, die auf einem Mobilfunknetz basieren (über die Stadt oder den Ort verteilt), innerhalb weniger Minuten vollautomatisch aktualisiert werden

LoRaWAN

• LoRA-Netzwerk-basierte Straßenlaternen benötigen mehrere Gateways
• Dies erfordert ein detailliertes Netzwerkdesign (z. B. wie viele Gateways benötigt werden, wo sie installiert werden sollen, gibt es eine Standortlinie usw.). Dies erfordert auch spezifisches Wissen und Know-how des Installationsteams
• Der Interventionsprozess im Falle eines Gateway-Ausfalls muss ebenfalls gut dokumentiert/geplant werden

Mobilfunk-IoT

• Das Mobilfunknetz bietet eine kostenlose physische Gateway-Installation
• Controller (zB NEMA or zhaga Controller) kann angeklickt werden der Oberseite der Leuchte, und sie verbinden sich automatisch über ein lokales Mobilfunknetz mit dem Central Light Management System (LMS).

LoRaWAN

• Das LoRA-Netzwerk wird oft als „kostenloses“ Netzwerk vermarktet. Dies ist jedoch leider nicht der Fall
• Wenn die Gemeinde ein LoRA-Netzwerk in der Stadt installiert, ist sie persönlich für die Verwaltung, Überwachung und Wartung des Netzwerks verantwortlich. Personal und Ressourcen müssen rekrutiert und geschult werden, um die Gateways zu verwalten
• Wenn ein lokaler Systemintegrator oder Telekommunikationsbetreiber LoRA-Konnektivität anbietet, dann berechnen sie die Netzwerkkonnektivität. Dies sind oft versteckte Kosten und müssen explizit abgeklärt werden

Mobilfunk-IoT

• Die Kosten für die zellulare M2M/IoT-Konnektivität waren eines der Haupthindernisse für die Einführung intelligenter Straßenbeleuchtungsanwendungen. Diese Kosten sind jedoch in den letzten fünf Jahren erheblich gesunken.
• Heute bieten mehrere MVNOs und lokale Telekommunikationsbetreiber Konnektivität für 15 bis 20 US-Dollar für 10 Jahre pro Controller-Gerät an. Mit anderen Worten, es müssen keine monatlichen Abonnementgebühren gezahlt werden.
• Dies ist eine hervorragende neue Entwicklung in der Branche. Daher immer mehr Smart-City-Anwendungeneinschließlich Intelligente Straßenbeleuchtungsprojekte, haben begonnen, ein zellulares IoT-Netzwerk zu verwenden.