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Hoch hinaus beim LoRaWAN-Netzaufbau

10. März 2021

Die Standortsuche: Ober sticht Unter

Der LoRaWAN-Netzaufbau stellt jedes Stadtwerk vor eine erste Grundherausforderung. Welche Standorte sind geeignet und welche technischen Restriktionen sind zu beachten? Um ein solches Netz zu errichten, sind potenzielle Standorte zur Installation von LoRa-Gateways erforderlich. Als Erstes gelangen natürlich firmeneigene Standorte in den engeren Fokus, da keine Miet- oder Pachtkosten für den Gatewaystandort anfallen. Zusätzliche Themen wie Stromversorgung, Blitzschutz oder Zugangsrechte sind auch einfach zu organisieren.

Besteht für die Abdeckung des gewünschten Gebiets der Bedarf einer Installation zusätzlicher Gateways, geht der Blick bei der weiteren Standortsuche gerne „nach oben“. Die Höhe ist das A und O für eine gute Netzabdeckung, wie folgendes Bild schematisch zeigt:

Funkverhalten von LoRaWAN Gateways

Während in ländlichen Gebieten das höchste Bauwerk oft Kirchen bzw. die dazugehörigen Türme sind, werden diese in Städten durch Hochhäuser oder von einem Funk- oder Fernsehturm übertroffen. So zum Beispiel auch in der nordrhein-westfälischen Landeshauptstadt Düsseldorf. Hier begleitet items die Stadtwerke Düsseldorf beim Aufbau eines LoRa-Netzes, in so genannten Zukunftsvierteln.

Vorbereitung und Installation

Das höchste Hochhaus Düsseldorfs ist mit 125 Metern immer noch um einiges niedriger als der Rheinturm mit seiner Gesamthöhe von 240,5 Metern und den Plattformen auf mehr als 160 Metern. Somit ist der Standort prädestiniert für die Platzierung eines LoRa-Gateways.

Der Rheinturm wird, wie auch andere Funktürme, durch die DFMG Deutsche Funkturm GmbH (DFMG) betrieben. Fasst man einen solchen Standort für den LoRaWAN-Netzaufbau der DFMG ins Auge, sind folgende Aspekte zu beachten.

Der erste und wohl auch naheliegendste Punkt: Es ist ein Mietvertrag abzuschließen. Die Grundlage dessen ist u. a. eine Ausführungsplanung, die durch ein von der DFMG vorgegebenes Ingenieurbüro zu erstellen ist. Zur Erstellung dessen kann unter Umständen eine Vor-Ort-Begehung notwendig sein, bei der z. B. geprüft wird, wie die Stromversorgung an der gewünschten Stelle zu erweitern ist.

Sind die Ausführungsunterlagen erstellt, von der DFMG abgenommen und ist der Mietvertrag unterschrieben, kann der Bau beginnen, der je nach Ausgangssituation wie folgt aussehen kann:

  1. Die Stromversorgung wird durch ein von der DFMG vorgegebenes Unternehmen erstellt.
  2. Die Baustelle wird min. vier Wochen vor Baubeginn angemeldet. Die notwendigen Stahlbauarbeiten sind durchzuführen.
  3. Das Gateway und notwendiges Zubehör sind zu installieren. Die Bauarbeiten sind dabei, wie von der DFMG und dem Ingenieurbüro, das die Ausführungsunterlagen erstellt hat, vorgegeben, zu dokumentieren. Der Abschluss der Bauarbeiten ist der DFMG zu melden.
  4. Das Ingenieurbüro erstellt den Bestandsplan und die DFMG erteilt die Bauabnahme.

Lessons Learned beim LoRaWAN-Netzaufbau

Von der ersten Anfrage bei der DFMG bis zur Abnahme des installierten Gateways kann der Prozess mehrere Monate dauern. Die Dienstleister waren zu beauftragen, deren Arbeit zu koordinieren und abzunehmen. Termine waren abzustimmen und Vorlaufzeiten zu berücksichtigen. Die Vielzahl der beteiligten Akteure erzeugte einen hohen Abstimmungsaufwand: Beteiligt waren DFMG (mit Asset Management und kaufmännischer Abteilung), das Ingenieurbüro für die Aufbau- und Bestandsplanung, ein Elektroinstallateur und Stahlbauer.

LoRaWAN-Netzaufbau: Installation mit 1a Aussicht und Maskottchen

Doch der Aufwand für einen erfolgreichen LoRaWAN-Netzaufbau lohnt sich: In stichpunktartigen Tests, mit einem Feldtester im PKW, wurden in verschiedenen Himmelsrichtungen Reichweiten von zwölf und mehr Kilometern erzielt. Der Spitzenwert lag bei 26 km.

Da im Stadtgebiet bis dahin erst zwei weitere Gateways installiert waren, sendeten einige Sensoren mit hohen Spreadingfaktoren. Außerdem gingen Pakete von in Schächten installierten Sensoren vereinzelt verloren. Nach der Installation auf dem Rheinturm sind die Spreadingfaktoren und Paketverluste deutlich gesunken. Die damit einhergehende verlängerte Batterielebensdauer sowie die Entlastung des Duty Cycles sind weitere positive Effekte für den Netzbetrieb.

LoRaWAN-Netzaufbau der Zukunft: Grid Insight: LPWAN

Die Projekterfahrung zeigt einmal mehr: je höher die Montage des Gateways, desto besser die Abdeckung. Diese These konnte schon in vielen weiteren Projekten und Simulationen bestätigt werden.

Gerade in der Praxis zeigt sich, dass für einen vollständigen LoRaWAN-Netzaufbau und -betrieb eine Informationsbasis zur tatsächlichen Netzabdeckung und Netzqualität gefragt ist.

Aus diesem Grund entwickelt items zusammen mit mehreren Stadtwerken das Tool Grid Insight: LPWAN, um jedem LoRaWAN-Netzbetreiber eine Aussage über die eigene Netzabdeckung in Form einer Heatmap zur Verfügung zu stellen. Eine gezielte Netzplanung und eine nachgelagerte Analyse mit Grid Insight: LPWAN bilden für viele unserer Kunden die Basis dafür, erfolgreich ein LoRaWAN-Netz zu betrieben und Anwendungsfälle realisieren zu können.

Grid Insight: LPWAN – Lösungsbausteine & Fragestellungen

Lea Preis

Projektmanagerin und Geschäftsmodellentwicklerin
Lea Preis ist Projektmanagerin für LoRaWAN-Projekte und Geschäftsmodellentwicklerin. Die Schaffung von Produkten und Dienstleistungen, die echte Pain-Points und Ineffizienzen lösen, treibt sie dabei an. Yoga und Fitness halten sie in ihrer Freizeit auf Trab und wenn ihr die Laune nach etwas Gemütlichem steht, dann näht sie oder liest dicke Bücher.

Marcel Linnemann

Geschäftsfeldentwickler IoT | Wirt. Ing. Energiewirtschaft M.Sc
Marcel Linnemann ist Product Owner im Bereich digitale Netze und Wirt. Ing. für Energiewirtschaft M.Sc. Zusätzlich ist er im Innovationsmanagement der items tätig sowie Autor diverser Fachbücher und -artikel rund um die Thematiken der Energiewirtschaft und der Transformation des Energiesystems.

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