LoRaWAN, Zigbee, Bluetooth: Funkprotokolle für IoT-Sensoren im Vergleich

Deutsche Rahmenbedingungen

In Deutschland betreiben Deutsche Telekom (Cloud of Things) und Vodafone kommerzielle LoRaWAN-Netzwerke. Daneben gibt es Community-Netzwerke wie The Things Network, das seinen Ursprung in Amsterdam hat und auch in Deutschland stark verbreitet ist. Für gebäudespezifische Anwendungen werden meist private Gateways installiert. Die Bundesnetzagentur verwaltet die Frequenzzuteilungen für drahtlose Kommunikationsprotokolle. Der ZVEI und das VDE Institut veröffentlichen technische Leitfäden zu Funktechnologien im Gebäudebereich.

Schlüsselbegriffe

LoRaWAN

Long Range Wide Area Network. Protokoll für große Reichweiten (Kilometer im Freien, Hunderte Meter in Gebäuden) mit sehr geringem Energieverbrauch. Geeignet für Sensoren, die wenig Daten senden.

Zigbee

Mesh-Protokoll für kurze Distanzen (10–30 Meter). Sensoren bilden ein Netzwerk, das Daten über Zwischengeräte weiterleitet. Geeignet für dichte Sensornetzwerke.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Energiesparender Bluetooth-Standard, in Smartphones integriert. Reichweite bis 30 Meter. Geeignet für Arbeitsplatzsensoren und Indoor-Positionierung.

Mesh-Netzwerk

Netzwerktopologie, bei der Sensoren Daten untereinander weiterleiten. Erhöht Reichweite und Robustheit: Fällt ein Sensor aus, findet der Datenverkehr einen alternativen Weg.

Bandbreite

Die Datenmenge, die pro Zeiteinheit übertragen werden kann. LoRaWAN hat geringe Bandbreite (geeignet für kleine Datenpakete); Bluetooth bietet höhere Bandbreite.

Anwendung in der Praxis

LoRaWAN ist der Standard für Sensoren, die kleine Datenmengen (Temperatur, Feuchtigkeit, Belegung) über große Distanzen senden. Ein Gateway in einem Bürogebäude versorgt mehrere Stockwerke. Die Batterielaufzeit von LoRaWAN-Sensoren beträgt drei bis fünf Jahre. Der Nachteil ist die geringe Bandbreite: Für Echtzeit-Kameras oder Audio ist es ungeeignet.

Zigbee eignet sich gut in Umgebungen mit vielen dicht beieinander liegenden Sensoren, etwa bei der Beleuchtungssteuerung pro Leuchte. Das Mesh-Netzwerk ist selbstregulierend und robust. Es erfordert allerdings mehr Gateways (oder Zigbee-Koordinatoren) und die Konfiguration ist komplexer als bei LoRaWAN.

Bluetooth Low Energy ist interessant für Anwendungen, bei denen eine Interaktion mit Smartphones gewünscht ist: Arbeitsplatzreservierung, Indoor-Navigation, Asset-Tracking. Die begrenzte Reichweite erfordert mehr Beacons oder Gateways. Der Vorteil ist, dass jedes Smartphone BLE unterstützt. In der Praxis kombinieren viele Smart Buildings mehrere Protokolle: LoRaWAN für Klima- und Energiesensoren, BLE für Arbeitsplatzsensoren und Zigbee für Beleuchtungssteuerung.