Das IoT bezeichnet ein Netzwerk in dem physische Dinge wie Gebäude, Parkplätze, Maschinen, Fahrräder, etc. mit Sensoren und Software ausgestattet werden um mit Hilfe des Internets Daten auszutauschen und reale Probleme wie z.B. die Temperaturüberwachung eines Kühlhauses zu lösen.

Die Anwendungsfälle des IoT sind zahlreich und divers. Sie reichen von der automatisierten Erfassung von Zähler- und Pegelständen bis hin zur Überwachung von Parkplätzen und Grünanlagen. 

Eine Smart City ist eine Stadt, die Technologien nutzt, um die Lebensqualität ihrer Bürger zu verbessern. Dazu gehören intelligente Verkehrslösungen, Energiemanagement, intelligente Gebäude, intelligente Infrastruktur, intelligente Umweltlösungen und mehr. Smart Cities nutzen Technologien wie Künstliche Intelligenz, Internet der Dinge, Big Data und Cloud Computing.

Das IoT basiert auf dem Datenaustausch zwischen intelligenten Geräten. Solange die Geräte oder Sensoren über eine externe Stromversorgung verfügen können Kommunikationstechnologien wie Mobilfunk oder WLAN verwendet werden. Ist jedoch keine Stromversorgung vorhanden müssen alternative Technologien genutzt werden, da WLAN & Mobilfunk viel Energie für die Datenkommunikation benötigen und herkömmliche Batterien ständig gewechselt werden müssten. Das ziehen von Stromkabeln ist teuer und daher in den allermeisten Fällen nicht wirtschaftlich. Hier kommt LoRaWAN als Kommunikationstechnologie für den Betrieb batteriebetriebene Sensoren ins Spiel. LoRaWAN ist auf die energieeffiziente Übertragung von kleinen Datenpaketen (0,3 - 50 kbps) über große Distanzen (2-10 Km) ausgelegt weshalb Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren möglich sind. 

1. Niedrige Kosten: LoRaWAN ist ein kostengünstiges Netzwerkprotokoll, das für den Einsatz in IoT-Anwendungen geeignet ist.

2. Hohe Reichweite: LoRaWAN bietet eine hohe Reichweite von bis zu 15 km

3. Geringer Energieverbrauch: LoRaWAN ist überaus energieeffizient

4. Sicherheit: LoRaWAN bietet ein hohes Maß an Sicherheit, da es verschiedene Sicherheitsmechanismen wie End-to-End-Verschlüsselung und Authentifizierung bietet.

5. Skalierbarkeit: LoRaWAN ist ein skalierbares Netzwerkprotokoll, das sich leicht an die Anforderungen der Anwendung anpassen lässt.

1. Geringe Bandbreite: LoRaWAN-Netzwerke bieten nur eine geringe Bandbreite, die für Anwendungen, welche höhere Datenmengen übertragen (Videostreaming, Sprachkommunikation, Maschinenkommunikation) nicht ausreichend ist.

2. Gesetzliche Beschränkung der Übertragungshäufigkeit: LoRaWAN-Netzwerke müssen den sogenannten Duty-Cycle beachten. Dieser schränkt die maximale Sendezeit eines jeden Gerätes auf  1 % einer Stunde (also 36 Sekunden in einer Stunde) ein. Somit können Anwendungen, die z.B sekündlich Daten senden, nicht mittels LoRaWAN unterstützt werden.

3. Lediglich lokale Netzabdeckung: LoRaWAN-Netzwerke sind zumindest in vielen europäischen Ländern ein Flickenteppich. Die jeweiligen Netzwerke tauschen in der Regel keine Daten untereinander aus, sodass es kein Deutschland oder europaweites LoRaWAN-Netzwerk gibt (Ausnahme eventuell das Helium-Netzwerk).

4. Firmwareupdates: Aufgrund der niedrigen Datenrate müssen für Firmware meist zahlreiche Datenpakete nacheinander an die Sensoren versandt werden. Dies stellt bei zahlreichen Sensoren und unterschiedlich guter Netzabdeckung eine große Hürde dar.

Jedes LoRaWAN-Netzwerk lässt sich in 3 Ebenen unterteilen. 

Die erste Ebene bilden die Edge Devices also meist batteriebetriebene Sensoren, die in regelmäßig Abständen Daten über den LoRa-Funkstandard übertragen. 

Die zweite Ebene sind LoRaWAN-Gateways. Diese sind Funkbasisstationen und leiten die empfangenen Sensordaten über das Internet (TCP/IP) an die dritte und letzte Ebene weiter.

Der Netzwerkserver managed und orchestriert das gesamte LoRaWAN-Netzwerk und stellt den Endnutzern die dekodierten Sensordaten zur Verfügung.

Das LoRaWAN-Netzwerk an sich hat keinen Selbstzweck. Der Nutzen ergibt sich aus den Anwendungsfällen die ein derartiges Netzwerk in Verbindung mit den zahlreichen auf dem Markt erhältlichen LoRaWAN-Sensoren ermöglicht. Ziel ist es manuelle Arbeiten durch intelligente Sensoren obsolet zu machen und den Ressourcenverbrauch zu optimieren wodurch bares Geld gespart wird. 

Durch die hohe Reichweite der LoRaWAN-Gateways reicht dabei eine vergleichsweise geringe Anzahl an Gateways aus um ein großes Areal einer Fabrik oder kleinen Gemeinde abzudecken. 

Der Lorawan Duty Cycle ist ein Mechanismus, der die Übertragungsrate begrenzt, um die Netzwerkkapazität zu schützen. Es begrenzt die Anzahl der Nachrichten, die ein Gerät pro Zeiteinheit senden kann. Der Gesetzgeber schreibt vor, dass Geräte im 868-MHz-Band pro Stunde maximal 1 % der Zeit senden dürfen.  Dieser Mechanismus ist besonders wichtig, wenn viele Geräte in einem Netzwerk aktiv sind, da er dazu beiträgt, dass das Netzwerk nicht überlastet wird.

Es gibt zahlreiche LoRaWAN-Netzwerkserver. Jeder hat seine Vor- und Nachteile. Hier eine kleine (unvollständige) Liste:

AWS 
Loriot
Chirpstack (Open Source)
Actility
Digimondo
The Things Network
Helium

1. Anzahl und Verteilung von Gateways: Um eine möglichst breite Abdeckung zu erreichen, ist es wichtig, dass es genügend Gateways gibt, die als Verbindungspunkte für die Geräte dienen. Diese sollten auch möglichst gleichmäßig verteilt sein, um Lücken in der Abdeckung zu vermeiden.                        
2. Topografische Beschaffenheit des Geländes: Berge, Täler und andere topografische Merkmale können die Reichweite von Funksignalen beeinträchtigen.                                                                                                                                                                                                      
3. Gebäude und andere Hindernisse: In städtischen Gebieten kann die Empfangsabdeckung durch Gebäude und andere Hindernisse wie Bäume, Straßenschächte oder Tunnel beeinträchtigt werden.                                                                                                                                        
4. Störungen durch andere Funksignale: Andere Funksignale, die auf den gleichen Frequenzen übertragen werden, können die Empfangsabdeckung eines LoRaWAN-Netzwerks beeinträchtigen.                                                                                                       
5. Qualität der Antennen: Die Qualität der Antennen, die an den Geräten und Gateways verwendet werden, hat ebenfalls einen Einfluss auf die Empfangsabdeckung. Es ist wichtig, dass die Antennen für den geplanten Einsatzbereich geeignet sind und ordnungsgemäß installiert werden.