LoRaWAN-Leistung: Reichweite, Durchsatz und Latenz im Detail erklärt

Das LoRaWAN- Protokoll wird oft als IoT-Technologie mit großer Reichweite und niedrigem Stromverbrauch dargestellt.
Um jedoch ein zuverlässiges und realistisches Projekt zu entwerfen, ist es unerlässlich, seine tatsächliche Leistungsfähigkeit zu verstehen, insbesondere im Hinblick auf:

• Funkreichweite

• Datendurchsatz

• Kommunikationslatenz

Diese drei Parameter sind eng miteinander verknüpft und hängen von vielen Faktoren ab: Umgebung, Funkkonfiguration, LoRaWAN-Klasse, Übertragungsfrequenz, Netzwerkarchitektur.

LoRaWAN-Reichweite: Wie weit können Objekte miteinander kommunizieren?

Theoretische Reichweite vs. tatsächliche Reichweite

Die Reichweite von LoRaWAN hängt hauptsächlich von folgenden Faktoren ab:

• LoRa (Spread Spectrum) Modulation,

• die zulässige Emissionsleistung

• Rezeptorsensitivität

• die Funkumgebung.

Typischer Bereich abhängig von der Umgebung

In Innenräumen hängt die Reichweite stark von folgenden Faktoren ab:

• Materialien (Beton, Metall),

• die Anzahl der Stockwerke

• Höhe und Lage der Fußgängerbrücke.

Faktoren, die die LoRaWAN-Reichweite beeinflussen

• Höhe der Fußgängerbrücke

• Antennenqualität

• Frequenzband (EU868, US915…)

• Spreizfaktor (SF7 bis SF12)

• Funkstörungen und Interferenzen

Je größer die Reichweite, desto geringer der Durchsatz.

LoRaWAN-Bandbreite: gering, aber ausreichend für IoT

Theoretische Durchflussraten

Der Durchsatz von LoRaWAN ist bewusst niedrig gehalten, da das Protokoll für die Übertragung kleiner Datenmengen über große Entfernungen ausgelegt ist.

Der Netzwerkserver passt die SF automatisch über den ADR-Mechanismus (Adaptive Data Rate) an.

LoRaWAN-Datenvolumen

Wichtige Einschränkungen:

• Kurznachrichten (einige Dutzend Bytes),

• Die Anzahl der Nachrichten ist durch den Arbeitszyklus begrenzt.

• stark eingeschränkte Downlinks.

LoRaWAN ist ideal für:

• periodische Messungen,

• Veranstaltungen

• Alarm,

• Staaten.

❌ Es ist nicht geeignet für:

• kontinuierlicher Durchfluss

• Audio/Video,

• massive Aktualisierungen.

LoRaWAN-Latenz: klassenabhängig

Latenzkonzept in LoRaWAN

Die Latenz entspricht der Verzögerung zwischen:

• eine Anfrage von der Anwendungsseite,

• und der tatsächliche Empfang durch das Objekt (Downlink).

Bei LoRaWAN hängt die Latenz direkt von der Klasse des Objekts ab.

Latenz gemäß der LoRaWAN-Klasse

Klasse A = maximale Reichweite
Klasse C = maximale Reaktionsfähigkeit

Kompromiss zwischen Reichweite, Bandbreite und Latenz

LoRaWAN basiert auf einem fundamentalen Gleichgewicht :

Je größer die Reichweite → desto niedriger die Datenrate → desto höher die Latenz

Dieser Kompromiss ist bewusst gewählt und perfekt für IoT-Anwendungen im Außendienst geeignet.

Konkretes Beispiel

Ein Sensor:

• 20 km von der Fußgängerbrücke entfernt,

• konfiguriert in SF12,

• einmal pro Stunde emittierend

wird haben:

• ausgezeichnete Auswahl,

• eine sehr geringe Durchflussrate

• eine nicht kritische, aber akzeptable Latenz.

LoRaWAN-Leistung und Netzwerkdichte

LoRaWAN-Netzwerkkapazität

Ein einzelnes Gateway kann Folgendes verarbeiten:

• mehrere tausend Sensoren

• dank der Vielfalt der Ausbreitungsfaktoren

• und gleichzeitiger Mehrkanalempfang.

Rolle der alternativen Streitbeilegung

Die adaptive Datenrate ermöglicht Folgendes:

• um den Durchsatz zu optimieren,

• um die Übertragungszeit zu verkürzen

• um den Verbrauch zu reduzieren

• um die Gesamtkapazität des Netzwerks zu erhöhen.

ADR ist für großflächige Implementierungen unerlässlich.

Vergleich mit anderen IoT-Technologien

LoRaWAN vs NB-IoT / LTE-M

• LoRaWAN: Sehr große Reichweite, geringe Bandbreite, niedrige Latenz nicht garantiert

• NB-IoT: höherer Durchsatz, geringere Latenz, höherer Stromverbrauch

LoRaWAN vs. WLAN / Bluetooth

• Wi-Fi / BLE: hohe Geschwindigkeit, geringe Reichweite, hoher Stromverbrauch

• LoRaWAN: niedrige Datenrate, große Reichweite, maximale Autonomie

Bewährte Verfahren zur Optimierung der LoRaWAN-Leistung

✔ Positionieren Sie die Laufstege in einer Höhe
✔ Geeignete Antennen verwenden
✔ Aktivieren Sie ADR, wenn möglich
✔ Begrenzen Sie die Übertragungsfrequenz
✔ Wählen Sie den Kurs, der am besten zu Ihren Bedürfnissen passt.
✔ Unnötige Downlinks vermeiden

Anwendungsfälle, die an die LoRaWAN-Leistung angepasst wurden

• Fernenergiemessung

• Luftqualitätsüberwachung

• Landwirtschaftliche Sensoren

• Umweltüberwachung

• Warnmeldungen und kritische Ereignisse

• Großflächige Smart City

Die Leistungsfähigkeit von LoRaWAN beruht auf einem sorgfältig abgestimmten Gleichgewicht zwischen:

• außergewöhnliches Sortiment

• absichtlich begrenzte Durchflussrate

• Latenz abhängig von der Klasse .

LoRaWAN ist nicht darauf ausgelegt, große Datenmengen zu übertragen, sondern die richtigen Daten über große Entfernungen , lange Zeiträume und sicher zu übertragen.