LoRa und LoRaWAN sind beliebte drahtlose Kommunikationstechnologien im Bereich Internet der Dinge (IoT). LoRa ist eine Physical-Layer-Technologie, während LoRaWAN ein Kommunikationsprotokoll ist. Sie nutzen drahtlose Weitbereichsmodulationstechnologie mit geringem Stromverbrauch, um Kommunikationsdienste über große Entfernungen in Szenarien mit großer Entfernung, geringer Geschwindigkeit und geringem Stromverbrauch bereitzustellen.
1. Einführung in die LoRa- und LoRaWAN-Technologie
Die Prinzipien der LoRa-Technologie wurden bereits zuvor vorgestellt. Vereinfacht ausgedrückt nutzt die LoRa-Technologie die Spread-Spectrum-Modulation, um eine Übertragung über große Entfernungen und einen geringen Stromverbrauch zu erreichen, indem sie den Spreizfaktor und die Datenrate des Signals ändert. Die LoRa-Technologie wird häufig in IoT, Smart Homes und industriellen Steuerungen eingesetzt.
Die LoRaWAN- Technologie ist ein Kommunikationsprotokoll, das auf der LoRa-Technologie aufbaut. LoRaWAN definiert ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, das auf einer Sternnetzwerktopologie basiert und es Geräten ermöglicht, sich drahtlos mit dem Netzwerk zu verbinden und mit der Cloud zu kommunizieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Kommunikationstechnologien wie GPRS, 3G und 4G bietet LoRaWAN erhebliche Vorteile bei der Übertragung über große Entfernungen und einen geringen Stromverbrauch und wird daher häufig im Bereich IoT eingesetzt.
2. LoRa und LoRaWAN weisen folgende Unterschiede auf:
Technische Standards: LoRa ist eine Physical-Layer-Technologie, während LoRaWAN ein vollständiges Kommunikationsprotokoll ist. Die LoRa-Technologie ermöglicht drahtlose Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch und niedriger Geschwindigkeit, während LoRaWAN ein Kommunikationsprotokoll ist, das auf der LoRa-Technologie basiert und Multi-Node-, Sicherheits- und Low-Power-Kommunikationsfunktionen bietet.
Anwendungsszenarien: Die LoRa-Technologie kann in verschiedenen Anwendungsszenarien wie Smart Homes, IoT und städtischer Automatisierung eingesetzt werden. LoRaWAN wird vor allem in Low-Power-Wide-Area-Netzwerken im IoT eingesetzt, beispielsweise in Smart Metern, intelligenten Straßenlaternen und der Umweltüberwachung.
Netzwerktopologie: Die LoRa-Technologie kann Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Mehrpunkt- und Broadcast-Kommunikation erreichen, während LoRaWAN eine Sternnetzwerktopologie verwendet, die aus Terminalknoten, Gateways und Anwendungsservern besteht.
Sicherheitsmechanismen: Die LoRa-Technologie selbst bietet keine Sicherheitsmechanismen, während LoRaWAN verschiedene Sicherheitsmechanismen wie Verschlüsselung, Authentifizierung und Datenintegritätsprüfung zum Schutz der Datensicherheit und Privatsphäre bietet.
Zusammenfassend ist LoRa eine Physical-Layer-Technologie, die drahtlose Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch und niedriger Geschwindigkeit ermöglicht, während LoRaWAN ein Kommunikationsprotokoll ist, das auf der LoRa-Technologie basiert und hauptsächlich in Weitverkehrsnetzen mit geringem Stromverbrauch im IoT verwendet wird. 
2.1 Prinzip der LoRa-Technologie
LoRa ist eine drahtlose Fernkommunikationstechnologie mit geringem Stromverbrauch, die die CSS-Modulationstechnologie (Chirp Spread Spectrum) nutzt, um Signale in einem Breitbandfrequenzbereich mit starken Anti-Interferenz-Fähigkeiten zu übertragen. Der Kern der LoRa-Technologie ist der LoRa-Modulations- und Demodulationschip, der Signale im Frequenzbereich kodiert und dekodiert, um die Übertragung und den Empfang von Signalen über große Entfernungen zu erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen ASK-, FSK- und PSK-Modulationsverfahren bietet die LoRa-Technologie folgende Vorteile:
Fernübertragungsfähigkeit: Mit der LoRa-Technologie kann eine Fernkommunikation mit einer Übertragungsreichweite von mehreren Kilometern erreicht werden, die größer ist als bei herkömmlichen drahtlosen Kommunikationstechnologien.
Design mit geringem Stromverbrauch: Die LoRa-Technologie hat einen sehr geringen Stromverbrauch, sodass Geräte über lange Zeiträume mit Batteriestrom betrieben werden können.
Breitbandkanäle: Die LoRa-Technologie kann über Breitbandkanäle kommunizieren und ermöglicht so schnellere Kommunikationsraten für Geräte.
Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit: Die LoRa-Technologie nutzt die CSS-Modulationstechnologie, die über starke Anti-Interferenz-Fähigkeiten verfügt und eine stabile Kommunikation in komplexen Umgebungen erreichen kann.
2.2 Prinzip der LoRaWAN-Technologie
LoRaWAN ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll für IoT, das auf der LoRa-Technologie basiert. Es nutzt eine sternförmige Netzwerkstruktur zur Verbindung verschiedener Arten von Endgeräten. LoRaWAN nutzt die LoRa-Technologie für die Kommunikation und integriert außerdem ein dediziertes Protokoll, um Geräteregistrierung, Authentifizierung, Sicherheit und Nachrichtenübertragung zu ermöglichen.
Der Kern von LoRaWAN besteht aus Gateways und Endgeräten. Gateways sind für die Kommunikation mit dem Internet verantwortlich, während Endgeräte über die LoRa-Technologie mit Gateways kommunizieren. LoRaWAN unterstützt verschiedene Kategorien und Raten der Datenübertragung, um verschiedenen Anwendungsszenarien und Anforderungen gerecht zu werden. Die sternförmige Netzwerkstruktur von LoRaWAN macht es für eine Vielzahl von IoT-Anwendungen geeignet, wie zum Beispiel Smart Homes, Smart Cities und Smart Logistics.
3. Was sind die Vor- und Nachteile von LoRa und LoRaWAN?
3.1 Vorteile von LoRa:
Fernübertragung: Mit der LoRa-Technologie können Daten weiträumig übertragen werden, mit einer Reichweite von mehreren Kilometern.
Geringer Stromverbrauch: Die LoRa-Technologie hat einen sehr geringen Stromverbrauch und eignet sich daher für IoT-Geräte mit einer Batterielebensdauer von mehreren Jahren.
Geringe Kosten: Die LoRa-Technologie ist kostengünstig, da sie freie Frequenzbänder nutzt.
Netzwerkkapazität: Aufgrund der Übertragung über große Entfernungen und des geringen Stromverbrauchs kann die LoRa-Technologie Tausende von Geräten in einem einzigen Netzwerk unterstützen.
Nachteile von LoRa:
Niedrige Datenrate: Die Übertragungsrate der LoRa-Technologie ist langsam und liegt typischerweise im Bereich von Hunderten von Bits pro Sekunde.
Einwegkommunikation: Die LoRa-Technologie unterstützt normalerweise die Einwegkommunikation und erfordert zusätzliche Kommunikationsprotokolle für die bidirektionale Kommunikation.
3.2 Vorteile von LoRaWAN:
Hohe Sicherheit: LoRaWAN nutzt Verschlüsselungstechnologie zum Schutz der Datensicherheit.
Flexibilität: LoRaWAN unterstützt verschiedene Arten von Anwendungen und kann entsprechend den spezifischen Anforderungen konfiguriert werden.
Zwei-Wege-Kommunikation: LoRaWAN unterstützt die bidirektionale Kommunikation zwischen Geräten und Servern.
Nachteile von LoRaWAN:
Netzwerkkapazität: Aufgrund der Nutzung gemeinsam genutzter Frequenzbänder verfügt LoRaWAN über eine begrenzte Netzwerkkapazität und es kann zu einer Netzwerküberlastung kommen.
Latenz: LoRaWAN weist eine relativ hohe Latenz auf, was sich auf die Leistung von Echtzeitanwendungen auswirken kann.
4. Vergleich der Anwendungsszenarien zwischen LoRa und LoRaWAN
LoRa eignet sich für die Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch und wird in verschiedenen Anwendungen wie IoT, industrieller Automatisierung und Umweltüberwachung eingesetzt. LoRaWAN hingegen ist ein Kommunikationsprotokoll zum Aufbau von Weitverkehrsnetzen mit geringem Stromverbrauch. Im Folgenden werden Anwendungsszenarien für LoRa und LoRaWAN verglichen:
4.1 LoRa-Anwendungsszenarien:
IoT-Anwendungen: Die LoRa-Technologie eignet sich für die Übertragung kleiner Datenmengen über große Entfernungen in IoT-Anwendungen wie Smart Homes, Smart Agriculture und Smart Cities.
Industrielle Automatisierung: Mit der LoRa-Technologie können Status, Temperatur und Luftfeuchtigkeit von Industrieanlagen überwacht und diese Daten an Leitstellen übermittelt werden.
Umweltüberwachung: Mit der LoRa-Technologie können Umweltdaten wie Luftqualität, Wasserqualität, Bodenbedingungen sowie Naturkatastrophendaten wie Erdbeben und Wetter überwacht werden.
4.2 LoRaWAN-Anwendungsszenarien:
Smart-City-Anwendungen: Mit der LoRaWAN-Technologie kann eine Smart-City-Infrastruktur für intelligente Straßenlaternen, Abfallbehälter und Parkplätze aufgebaut werden.
Logistik- und Lieferkettenanwendungen: Mit der LoRaWAN-Technologie können Status, Standort und Transportinformationen von Waren in Logistik- und Lieferketten überwacht werden.
Anwendungen in der Landwirtschaft und Viehzucht: Mit der LoRaWAN-Technologie können Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Bodenfeuchtigkeit in landwirtschaftlichen Betrieben und Weiden überwacht werden, um Landwirte bei der Verwaltung der landwirtschaftlichen Produktion zu unterstützen.
5. Die Prinzipien der LoRaWAN-Technologie umfassen hauptsächlich die folgenden Aspekte:
Netzwerkarchitektur: Die LoRaWAN-Netzwerkarchitektur verwendet eine Sternnetzwerktopologie, bei der Endgeräte mithilfe der LoRa-Technologie mit Gateways kommunizieren und Gateways Daten an Cloud-Server übertragen.
Kommunikationsprotokoll: LoRaWAN definiert ein vollständiges Kommunikationsprotokoll, einschließlich MAC-Layer-Protokoll und Anwendungsschicht-Protokoll. Das Protokoll der MAC-Schicht definiert Kommunikationsregeln zwischen Endgeräten und Gateways, einschließlich Rahmenstruktur, Datenübertragungsmethoden, Verschlüsselungsauthentifizierung usw. Das Protokoll der Anwendungsschicht definiert den spezifischen Inhalt und das Format der Datenübertragung.
Sicherheitsmechanismen: Das LoRaWAN-Protokoll umfasst mehrere Ebenen von Sicherheitsmechanismen, einschließlich Verschlüsselungsauthentifizierung zwischen Endgeräten und Gateways sowie sichere Verbindungen zwischen Gateways und Cloud-Servern. Diese Sicherheitsmechanismen gewährleisten die Vertraulichkeit und Integrität der Daten.
QoS-Mechanismus: Die LoRaWAN-Technologie unterstützt mehrere Quality of Service (QoS)-Ebenen, einschließlich bestätigter Übertragung, unbestätigter Übertragung usw. Diese QoS-Ebenen können je nach Anwendungsszenario flexibel konfiguriert werden, um eine optimale Datenübertragungseffizienz zu erreichen.
6. Der Unterschied zwischen LoRa- und LoRaWAN-Kommunikation
LoRa ist eine physikalische Schichttechnologie für die drahtlose Kommunikation, während LoRaWAN ein auf LoRa basierendes Protokoll auf höherer Ebene ist, das zur Verbindung von LoRa-Knoten mit dem Internet im IoT verwendet wird. Daher liegt der Hauptunterschied in ihrer Kommunikation im Kommunikationsprotokoll.
Bei der LoRa-Kommunikation erfolgt die Kommunikation zwischen Knoten auf Punkt-zu-Punkt-Weise, d. h. zwei Knoten kommunizieren direkt, ohne dass eine Netzwerkinfrastruktur erforderlich ist. Das bedeutet, dass Knoten Kommunikationsfrequenzen und andere Parameter verwalten müssen, um sicherzustellen, dass sie sich nicht gegenseitig stören. Darüber hinaus eignet sich die LoRa-Technologie aufgrund ihrer Langstreckenübertragung und ihres geringen Stromverbrauchs für die Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch in IoT-Anwendungen.
Im Gegensatz dazu ist LoRaWAN ein Kommunikationsprotokoll, das auf einer sternförmigen Netzwerkstruktur basiert, bei der Daten von LoRa-Knoten an Gateways und dann von Gateways an das Internet übertragen werden. Das LoRaWAN-Protokoll bietet außerdem Netzwerkverwaltungsfunktionen wie Knotenregistrierung, Frequenzverwaltung und Datenverschlüsselung. Auf diese Weise können größere und zuverlässigere IoT-Anwendungen unterstützt werden.
Darüber hinaus unterstützt das LoRaWAN-Protokoll verschiedene Netzwerktopologien, darunter Stern, Baum und Mesh, wodurch es an verschiedene IoT-Szenarien anpassbar ist. Darüber hinaus unterstützt LoRaWAN verschiedene Protokolle der Anwendungsschicht wie MQTT, HTTP usw. 
7. Vergleich der technischen Merkmale zwischen LoRa und LoRaWAN
LoRa und LoRaWAN sind zwei verwandte IoT-Technologien, die auf dem LoRa-Chip basieren, jedoch unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungsszenarien aufweisen. Nachfolgend ein Vergleich ihrer technischen Eigenschaften:
Technische Grundlagen:
Die LoRa-Technologie nutzt CSS-Modulation, um eine Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch und niedriger Datenrate zu erreichen. Es kodiert Informationsdaten mithilfe von LoRa-Modulationschips in ein spezielles Signal. Die LoRaWAN-Technologie hingegen basiert auf der LoRa-Technologie und implementiert ein vollständiges Netzwerkprotokoll und einen Sicherheitsmechanismus, der die Kommunikation zwischen Knoten und mit der Cloud ermöglicht und Netzwerkprotokolle und Sicherheitsmechanismen bereitstellt, die für die IoT-Kommunikation erforderlich sind.
Kommunikationsreichweite:
Die LoRa-Technologie verfügt über eine relativ große Kommunikationsreichweite mit Entfernungen von mehreren Kilometern und einer starken Durchdringungsfähigkeit und eignet sich für den Einsatz in offenen Umgebungen wie städtischen und ländlichen Gebieten. Mit der LoRaWAN-Technologie kann eine globale Verbindung von IoT-Geräten erreicht werden, die für große Sensornetzwerke geeignet ist.
Datenübertragungsrate:
Die Datenübertragungsrate der LoRa-Technologie ist niedrig und liegt typischerweise zwischen einigen Tausend Bits pro Sekunde und Zehntausenden Bits pro Sekunde und eignet sich für die Übertragung niederfrequenter Daten. Die LoRaWAN-Technologie unterstützt ein breites Spektrum an Datenübertragungsraten, von Hunderten von Bits pro Sekunde bis zu Hunderten von Kilobits pro Sekunde, und eignet sich für die Übertragung verschiedener Datentypen.
Netzwerktopologie:
Die LoRa-Technologie nutzt Punkt-zu-Punkt- oder Sternnetzwerkkommunikation, bei der jeder Knoten direkt mit einem Gateway kommunizieren muss. Die LoRaWAN-Technologie nutzt Stern-, Mesh- oder Hybrid-Netzwerktopologien, die es Knoten ermöglichen, über andere Knoten zu kommunizieren und so die Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit des Netzwerks zu verbessern. 
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Kommunikationsunterschied zwischen LoRa-Modulen und LoRaWAN-Gateway-Modulen hauptsächlich im Kommunikationsprotokoll liegt. LoRa eignet sich für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und kann eine Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch ermöglichen. LoRaWAN hingegen ist ein übergeordnetes Protokoll, das Sternnetzwerkstrukturen und verschiedene Protokolle der Anwendungsschicht unterstützt und sich für größere und zuverlässigere IoT-Anwendungen eignet.
Empfohlene verwandte Artikel:
Was ist Z-Wave? Warum ist es nicht so beliebt wie ZigBee?
Entwicklung und Einführung der LORA-Technologie
Prinzip und IoT-Anwendung der Luftweckfunktion des LoRa-Moduls