Zugriffssichere Kommunikation via LoRaWAN-Funkstandard
Bild 2. Die historisch anmutenden Leuchten wurden mit LoRaWAN-fähigen Steuergeräten ausgestattet (Quelle: Franco e Guisto Scafidi)
Bild 3. Die Daten der Leuchten werden via LoRaWAN-Gateway übertragen (Quelle: Franco e Guisto Scafidi)
Die modernen Leuchten sind schon mit einem Zhaga-Sockel ausgerüstet. Bei Zhaga handelt es sich um die Definition einer Schnittstelle. Die aktuelle Version des Zhaga-Standards umfasst neben dem mechanischen Design des Sockels und der elektromechanischen Teile respektive Auslegungen auch die Möglichkeiten zur Kommunikation oder Ansteuerung der LED-relevanten Komponenten. Im Gegensatz dazu sind die historischen Lampen zwar ebenfalls mit LED-Technik versehen, allerdings ist keine moderne Zhaga-Schnittstelle vorhanden.
Nach der Beachtung sämtlicher Anforderungen und Voraussetzungen entschieden sich die Verantwortlichen hinsichtlich der Kommunikationstechnologie für den relativ neuen LoRaWAN-Standard. Aufbauend auf der physikalischen Bit-Übertragungsschicht bietet LoRaWAN (Low Range Wide Area Network) als Protokoll eine Definition der zwei folgenden logischen Schichten (2 und 3) gemäß OSI-Modell. Folglich ist sowohl die Verbindungsebene inklusive Datensicherung als auch die Netzwerkschicht im LoRaWAN-Standard berücksichtigt. Eine doppelte AES-Verschlüsselung stellt eine durchgehende Kryptografie bis in eine Serverebene sicher. Dabei wird ein Schlüssel bis in den Netzwerkserver genutzt und ein weiterer bis in die Applikationsebene.
Bereitstellung zusätzlicher Betriebs- sowie Diagnosedaten
Innerhalb der Funkkommunikation ist LoRaWAN in die Kategorie der LPWAN-Technologien einzuordnen. Hier steht LP für Low Power und bedeutet, dass es sich um eine besonders energiesparende Möglichkeit der Datenweiterleitung handelt. Diese muss aber zur jeweiligen Applikation passen, um sie sinnvoll einsetzen zu können. In Europa wird für LoRaWAN der schmalbandige Ultra-High-Frequency-Bereich verwendet. Das genutzte Frequenzband von 863 bis 870 MHz (SRD-Band Europa) bietet die Vorteile einer Reichweite von bis zu 40 km – einem theoretischen Wert im ländlichen Raum – sowie einer hohen Durchdringung zum Beispiel der Gebäudewände in Stadtgebieten.
Zur Realisierung eines LoRaWAN-Netzwerks werden die Leuchten mit einem Steuergerät, der Luminaire Controller Unit (LCU), ausgestattet. Bei den modernen Leuchten kommt eine LCU mit Zhaga-Schnittstelle zum Einsatz. Ist kein Sockel vorhanden, werden LoRaWAN-fähige Universalsteuergeräte verwendet, die sich direkt im Gehäuse für die Schaltelektronik verbauen lassen. Beide Varianten kommunizieren via Dali-2-Protokoll. Auf diese Weise können sie neben einfachen Schaltbefehlen weitere Betriebs- und Diagnosedaten mit dem LED-Treiber austauschen.
Die Systemarchitektur entspricht im Feld einer klassischen Sterntopologie. Die einzelnen Steuergeräte kommunizieren also mit einer zentralen Komponente, die das Routing übernimmt. In Giardinello werden dazu drei LoRaWAN-Gateways genutzt, um eine qualitativ hochwertige Ausleuchtung sicherzustellen sowie alle angebundenen Leuchten zu erreichen. Die entsprechenden LCU senden ihre Daten an das am besten positionierte Gateway, das mit einem integrierten Modem als Verbindungselement zwischen der Feldebene und dem Internet respektive dem Netzwerkserver fungiert (Bild 3).