Die Wiener Stadtwerke bzw. deren Unternehmen Wien Energie und Wiener Netze bauen derzeit ein Weitbereichs-Kommunikationsnetzwerk für IoT-Anwendungen auf Basis des patentierten LoRa® Übertragungsverfahrens (LoRaWAN® bedeutet Long Range Wide Area Network) auf. Die Wiener Netze errichten auf unterschiedlichen Standorten in und um Wien eigene Gateway-Stationen und Wien Energie die für den Betrieb erforderlichen IT-Systeme für den Basisausbau dieses LoRaWAN®-Netzwerks. Das gesamte Versorgungsgebiet der Wiener Netze insbesondere das Wiener Stadtgebiet ist somit abgedeckt. Damit können Anwendungen (Use Cases) und Services, wie zB. zur Luftgütemessung oder zum Energieverbrauch, für die Organisationen der Stadt Wien sowie auch für andere Interessierte angeboten werden.
Wie funktioniert die Technologie?
Sensortechnologien haben in den vergangenen Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen und werden dies in den kommenden Jahren verstärkt tun. Der Einsatz dieser modernen Technologien wird für eine Vielzahl an Datenanwendungen immer wichtiger. Die smarten, digitalisierten und energieeffizienten Abläufe sind für „smarte Gebäude“ (Smart Buildings) und generell für „smarte Städte“ (Smart Cities) von Bedeutung. Im Sinne eines sicheren, effizienten und umweltfreundlichen Managements liefern sie umfangreiche Informationen für einen zukunftssicheren und effizienten Betrieb und Umgang mit Ressourcen.
Aufgrund der Low Power Konzeption des LoRaWAN®-Netzwerkes ist diese Sensortechnologie äußerst energieeffizient, kostengünstig und sicher. LoRaWAN® liefert eine besonders energiesparende Alternative für zB. kosten- und energieintensive Mobilfunk-Technologien. Um Daten von Sensoren übermitteln zu können ist ein flächendeckendes Netzwerk an Gateways, aber auch ein zentrales IT-System erforderlich. Die Sensordaten werden mit Hilfe der Funktechnologie an die Gateways übertragen und von diesen dann über unternehmenseigene Lichtwellenleiter-Netze an das zentrale IT-System weitergeleitet, welches die Daten weiterverarbeitet und den Nutzer*innen zur Verfügung stellt.
LoRaWAN® ist ein drahtloses, batteriebetriebenes und energiesparendes Funknetzwerk. Das Verfahren ermöglicht die Übertragung von Daten aus den Sensoren (zB. Luftgütemessung oder Wasserzähler) über ein dazugehöriges Netzwerk (Gateways) an eine zentrale Stelle (zB. Versorgungsunternehmen). In den letzten Jahren hat sich dazu eine stark wachsende Allianz, die LoRa Alliance®, mit zahlreichen Partnern und Produkten entwickelt.
LoRaWAN® ist somit ein Funknetz für die energieeffiziente Übertragung von kleinen, verschlüsselten Datenmengen. Durch den Batteriebetrieb liefert es mit einem minimalen Stromverbrauch der Endgeräte eine hohe Reichweite und wird im freien 868-MHz-Band (Industrial, Scientific und Medical Band), ähnlich wie Bluetooth und WLAN, betrieben. Typische Anwendungsfälle sind zB. Sensoren für den Gebäudeschutz, im Energiemanagement oder in der Landwirtschaft, um zB. die Temperatur bzw. CO2-Werte zu erfassen. Die Sendebereichweite von LoRaWAN® reicht typischerweise von ca. 2 Kilometer in der Stadt bis über 15 Kilometer in ländlichen Gebieten. Durch einen äußerst geringen Energiebedarf können diese Low Power Sensoren über lange Jahre und über große Reichweiten sehr energieeffizient diese so wichtigen Daten bereitstellen.
Wie weit ist die Zukunftstechnologie in Wien?
In der Stadt Wien haben die Unternehmen der Wiener Stadtwerke bereits 2019 diese zukunftsorientierte Technologieentwicklung analysiert und entschieden, dass eine LoRaWAN® Netzinfrastruktur für solch mannigfaltige Sensorik-Anwendungen im immer stärker zunehmenden IoT-Umfeld einer smarten Großstadt sinnvoll ist. Die Wiener Netze und Wien Energie errichteten daher im Jahr 2021 in einem Feldversuch bereits über 20 Gateway-Standorte. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde der weitere Ausbau entschieden. Bis 2025 wollen die Wiener Netze eine flächendeckende LoRaWAN® Netzinfrastruktur in ihrem Versorgungsgebiet errichten. Die bestehenden Gateway-Standorte stellen aber bereits jetzt eine sehr gute Basisabdeckung für erste Use Cases (Anwendungen) zur Verfügung. Insgesamt werden nach heutiger Planung 80 bis 85 Gateway-Standorte bis 2025 entstehen.
Hauptpartner sind Wien Energie, die Stadt Wien und die Linz AG. Wien Energie betreibt in Kooperation mit der Linz Netz GmbH das für den Betrieb und die Weiterverarbeitung der Sensordaten erforderliche IT-System (Networkserver). Diese Kooperation ist aus der Stadtwerke-übergreifenden Zusammenarbeit im VKÖ (Verband Kommunaler Unternehmen Österreichs) entstanden. Wien Energie sichert dabei den redundanten Betrieb des IT-Systems im Rechenzentrum in Linz und an zusätzlich 2 redundanten Standorten in Wien ab.
Die Wiener Netze kooperieren auf Ebene der Netzbetreiber zusätzlich mit der Linz Netz GmbH, um sich hier auf technischer Ebene zwischen den Netzbetreibern im Netzausbau oder bei eigenen Netzbetreiber-internen Anwendungen auszutauschen. Im Sinne der Stadt Wien auch als Smart City, haben sich die Wiener Netze für den flächendeckenden Aufbau eines LoRaWAN® Netzes entschieden und treiben dieses Vorhaben voran.
Derzeit wird an konkreten Kooperationen mit mehreren Dienststellen der Stadt Wien im Bereich der Gateway-Montage, der Datenverarbeitung und spezifischen Anwendungen (zB. Wasserzähler) gearbeitet.
Aktuell wird bereits eine sehr gute Flächenausdehnung für eine Basisabdeckung in der Stadt mit den bis jetzt errichteten Gateway-Standorten erzielt.
Der weitere Ausbau von Gateway-Standorten sieht eine schrittweise Verdichtung und damit eine Reduktion von Versorgungslücken vor.
Wie arbeitet LoRaWAN® im sicheren Frequenzbereich?
Zum Schutz von Mensch und Tier ist die maximale Strahlungsleistung durch internationale und nationale Empfehlungen und Normen geregelt, welche die Hersteller nachweisen müssen. In Österreich regelt die OVE Richtlinie R23-1 diese Basisgrenzwerte. LoRaWAN® arbeitet mit NUR 25 mW (Milliwatt = 0,025 Watt) und unterschreitet damit die vorgegebene Grenze bei Weitem. Dies gilt für die Gateways (= Router) als auch für die Endgeräte (= Sensoren).
Zum besseren Verständnis zwei praktische Beispiele aus dem Alltag:
Mobilfunk/Mobiltelefon:
- Mobilfunkmasten senden mit 50 Watt
- Mobiltelefone senden ständig mit bis zu 2 Watt
Das bedeutet, dass ein Mobiltelefon, mitgeführt in der Hosentasche, 80-fach mehr an Sendeleistung und Mobilfunkmasten 2.000-fach mehr Strahlung im Vergleich zu LoRaWAN@-Sensoren und -Gateways verursachen.
WLAN:
- Router und Endgeräte in Räumen senden kontinuierlich mit 100 mW (= 0,100 W)
Daher beträgt die Strahlenbelastung durch LoRaWAN® also nur ein Viertel der Sendeleistung eines WLAN-Routers. Zusätzlich sind die LoRaWAN®-Sensoren meistens noch viel weiter weg als WLAN-Empfangsgeräte, welche sich meist mitten in der Wohnung befinden.
Wichtig ist außerdem zu wissen, dass LoRaWAN@-Sensoren nicht kontinuierlich senden – wie zum Beispiel ein Mobiltelefon – sondern nur in bestimmten Intervallen. Manche Anwendungsfälle senden viertelstündlich, aber meist wird nur stündlich oder täglich übermittelt.
Die Strahlungsleistung von LoRaWAN® ist daher in jedem Umfeld minimal und somit unbedenklich.