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LoRaWAN – Maschinennetz zum selbst bauen – lohnt sich das?

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Sie denken über neue Geschäftsmodelle nach und haben von der Technologie LoRaWAN gehört? Sie sind sich noch nicht sicher, wie Sie diese Technologie einschätzen und bewerten sollen? In diesem Artikel dreht sich alles um die Wirtschaftlichkeit von LoRaWAN als Übertragungstechnologie, im Vergleich zu Mobilfunk und anderen Funktechnologien.

LoRaWAN – was ist das und wie unterscheidet es sich von anderen Netzen

Die Telekom und Vodafone treiben zurzeit den Ausbau von Narrowband IoT deutschlandweit voran. Technisch ist Narrowband IoT, genau wie LoRaWAN und Sigfox, ein Low Power Wide Area Network, also eine Übertragungstechnologie, die mit relativ geringem Stromverbrauch über weite Strecken funken kann. Im Gegensatz zu normalem Mobilfunk sind diese Netze ausschließlich für die Datenübertragung von Maschinen und Sensoren geeignet, da ihre Datenraten sehr gering sind.

Kaufmännisch und organisatorisch gibt es große Unterschiede zwischen Narrowband IoT, LoRaWAN und Sigfox. Narrowband IoT nutzt lizenziertes Funkspektrum, d.h. nur Unternehmen, die entsprechendes Spektrum gekauft haben, können die Technologie anbieten. Das sind in Deutschland die Mobilfunkbetreiber. Sigfox und LoRaWAN nutzen beide lizenzfreies Spektrum, also Funkfrequenzen, die kostenlos genutzt werden dürfen. Sigfox ist wiederum ein proprietäres Protokoll, das heißt ein Firmenverbund baut ein Netz mit diesem Protokoll auf, und das Protokoll darf nur in diesem Netz verwendet werden. LoRaWAN ist ein offenes Protokoll, das jeder verwenden darf.

Praktisch bedeutet das: Für die Nutzung von Narrowband IoT und Sigfox fallen monatliche Gebühren pro Sensor für die Netznutzung an, und Netzausbau und -verfügbarkeit werden von jemand anderem bestimmt. Dafür bauen und betreiben diese Firmen das Netz.

Ein LoRaWAN Netz kann man sich dagegen selbst bauen. So fallen keine monatlichen Gebühren an, man kann das Netz genau dort aufbauen, wo man Sensoren und Maschinen anbinden will, aber man muss die Kosten und den Aufwand für Netzaufbau und -betrieb selbst tragen.

Kosten für Aufbau und Betrieb eines LoRaWAN können sich stark unterscheiden, je nach Anwendungsfall.

Beispiel 1: Smart Farming oder vernetzter Bauernhof – gilt analog für kleine Betriebsstätten.

Ein durchschnittlich großer Hof möchte seine Felder und Tiere überwachen, um Bewässerung, Düngung, Gesundheit von Pflanzen und Tieren und Effizienz der Betreuung zu verbessern. Für die Abdeckung des Geländes werden maximal eine Handvoll Standorte für Gateways (ähnlich wie Router – Geräte zur Sammlung und Übermittlung der Sensordaten) benötigt, eventuell reichen sogar zwei. Wir empfehlen immer, mindestens zwei Gateways zu verwenden, um für den Fall einer Störung bei einem Gateway das andere nutzen zu können.

Standorte können das Dach des Hauptgebäudes, Ställe, Scheunen, weitere hohe Gebäude sein, und den Aufbau kann er selbst ohne großen Aufwand machen. Robuste Outdoor Gateways mit guten Antennen kosten um die 1.000€ pro Stück, hergestellt in Europa. Hier empfehlen wir, die europäischen Modelle zu nehmen, da bei den chinesischen Modellen die Zuverlässigkeit noch nicht so hoch ist.

Jetzt wird noch ein LoRa Netzwerk Server (LNS) benötigt, an den die Gateways die Sensordaten schicken können. Da die Datenübertragung über LoRaWAN verschlüsselt erfolgt, (hier geht’s zum Whitepaper LoRaWAN Sicherheit), ist es für den hier beschriebenen Anwendungsfall empfehlenswert, ein Software as a Service Angebot zu wählen. Alles, was in der Architektur hinter dem LNS kommt, ist für alle Übertragungstechnologien identisch – man benötigt eine Datenbank, Auswertungsmethoden und Benutzeroberflächen.

Bei einer solchen einfachen Implementierung für den Gebrauch im eigenen kleinen Unternehmen belaufen sich die reinen Netzkosten, also Gateways, Aufbau, LNS, auf wenige tausend Euro. Gleiches gilt für sehr kleine Feldversuche. Wir haben auch schon mit Kabelbinder und Klebeband gearbeitet und kostenlose Cloud Software für Feldversuche benutzt. Man muss sich bewusst sein, dass, wie bei jeder Internet der Dinge Anwendung, Kosten für die Sensoren auf der einen und die Anwendungen auf der anderen Seite dazukommen.

Beispiel 2: Aufbau eines professionellen, großflächigen LoRaWAN für vielfältige Anwendungsfälle – typischerweise Versorger, Kommunen, große Firmen, Industrieparks, Chemieparks

Vor allem Kommunen und Versorger wie z.B. Stadtwerke denken zurzeit über den Aufbau eigener professioneller Maschinennetze basierend auf dem LoRaWAN Protokoll nach. Piloten und Feldversuche werden oft gefördert. Für Unternehmen mit großen Flächen wie z.B. Industrieparks ist die Technologie allerdings auch sehr interessant.

Sobald man das Feldversuch-Stadium verlässt, muss sehr professionell gearbeitet werden. Die Anforderungen sind ganz andere als für den „Hausgebrauch“. Brandschutzvorschriften beim Verlegen von Strom- und Netzwerkkabeln an möglichen Standorten müssen genauso berücksichtigt werden wie Sicherheitsmechanismen und -prozesse, um Funktionalität des Netzes und Datensicherheit zu gewährleisten. Präzise Dokumentation ist nötig, um den Betrieb eines großen Netzes abbilden zu können. Vor Auswahl der Standorte für die Gateways sollten Netzsimulationen durchgeführt werden, um eine optimale Ausleuchtung der gewünschten Region / Fläche zu erreichen. Bei der Auswahl des LNS müssen andere Kriterien angelegt werden als im ersten Beispiel – es geht um Stabilität, Skalierbarkeit, sehr hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit. Der Standort des LNS spielt oft aus datenschutzrechtlichen Gründen auch eine Rolle.

Wenn ein Versorger oder eine Kommune ein regionales Netz aufbauen will, haben sie oft selbst ausreichend Gebäude an interessanten Standorten, wodurch keine Standortmiete anfällt. Gleiches gilt für Industrieparks. Wenn aber nicht ausreichend Standorte vorhanden sind, müssen diese angemietet werden.

Für Strom- und Netzkabelverlegung, Aufbau und Anbringung, Kauf des Gateways, Konfiguration und sichere Anbindung werden pro Standort mehrere Tausend Euro fällig, je nach Komplexität zwischen 2.500 und 5.000 Euro.

Das Gute daran ist, dass man für eine große Fläche relativ wenig Standorte braucht, im Vergleich z.B. zum Mobilfunk. Gute Gateways mit guten Antennen haben Reichweiten ca. zwischen 1km und 15km, je nach Bebauung, Höhe, Topografie etc.

Finanzieller Nutzen eines eigenen LoRaWAN – Umsatz und Kosteneinsparung

Grundsätzlich lassen sich drei Kategorien von finanziellem Nutzen unterscheiden:

  • Eigennutzung für die operative Effizienz
  • Vermietung des Netzes, analog zu Mobilfunk / Narrowband IoT
  • Verkauf oder Vermietung von Komplettlösungen, die auf der Nutzung des Netzes basieren

A) Eigennutzung

Bei Betrachtung der Wirtschaftlichkeit auf Basis von Eigennutzung muss man überlegen, ob es günstiger ist, das Netz selbst zu bauen und zu betreiben mit allen dazugehörigen Ressourcen, oder ob es günstiger ist, für jeden Sensor und Aktor monatliche Gebühren an einen Netzanbieter zu zahlen. Der ausschlaggebende Punkt ist die Anzahl Sensoren oder Aktoren – je höher diese ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich der Eigenbetrieb eines Netzes lohnt. Im Umfeld großer Versorger, Stadtwerke oder Industrieparks ist die Anzahl sinnvoller Anwendungsfälle so hoch, dass sich der eigene Netzbetrieb in der Regel lohnt.

Versorger:

Die Überwachung der Gas-, Strom-, Wasser- und Wärmenetze und der gesamten zugehörigen Infrastruktur ermöglicht Versorgern sehr hohe Kosteneinsparungen, durch die Früherkennung und Vermeidung von Problemen, besseres Management der Auslastung, Reduktion von manuellen Inspektionen und Ablesungen und vieles mehr. Diese Netze sind eine komplexe Infrastruktur, über deren Zustand und Auslastung heute nicht genug bekannt ist.

Darüber hinaus kann die Infrastruktur, Datenbank und Analysetools, auch für die Überwachung und Steuerung der Produktion in Kraftwerken verwendet werden. In der Regel reicht bei Versorgern eine gewissen Anzahl an Eigennutzungs-Anwendungsfällen, um den Betrieb eines LoRaWAN zu rechtfertigen.

Industrieparks:

Die Betreiber von Industrie- und Chemieparks fungieren ähnlich wie Stadtwerke, haben aber oft noch eine Reihe Zusatzaufgaben. Daher gilt für sie die gleiche Aussage.

B) Vermietung des Netzes

Um Mieter für das LoRaWAN zu finden, muss gezielt Akquise betrieben werden, d.h. es muss einen Vertriebskanal geben. Im städtischen / Stadtwerke-Umfeld sind die ersten potenziellen Kunden andere öffentliche Unternehmen wie Entsorger oder ÖPNV. Hier ist der Vertrieb relativ einfach, da sich die Führungsteams der Unternehmen in der Regel gut kennen. Wenn Stadtwerke versuchen, private Kunden, z.B. Unternehmen, zu akquirieren, muss der Vertrieb neu geschult und gesteuert werden. Dadurch entstehen weitere Kosten. Der Vertrieb steht dann im Wettbewerb zu Vodafone und Telekom – die in der Regel ganz andere Budgets für Marketing, Vertrieb und Preiskämpfe zur Verfügung haben. Vermietung des Netzes bedingt auch, dass eine Service- und Supportorganisation rund um die Uhr zur Verfügung steht und professionell mit Kundenanfragen umgeht. Es ist in dem Umfeld nicht leicht, Preise zu erzielen, die den Netzaufbau rechtfertigen. Vermietung des Netzes sollte im Stadtwerke-/städtischen Umfeld eher als zusätzlicher Deckungsbeitrag gesehen werden.

Bei Industrie- oder Chemieparks ist das anders. Ein engmaschiges, zuverlässiges Maschinennetz innerhalb des Parks ist für die Mieter sehr attraktiv, und die Möglichkeit, die Abdeckung und Anwendung mitzugestalten sollte den Vertrieb hier viel einfacher gestalten.

C) Komplettlösungen

Für die Eigennutzung muss eine vollständige Internet der Dinge Infrastruktur aufgebaut werden, mit Datenbank, Analyse-Tools und Benutzeroberflächen. Diese Infrastruktur kann genutzt werden, um Kundenlösungen für Branchen zu bauen und zu verkaufen. Die erzielbaren Preise sind höher als reine Netzvermietung, aber auch hier steht man oft in Konkurrenz zu anderen Anbietern. Der Erfolg ist also stark von Kundenbeziehungen, Vertrieb und Marketing abhängig, und davon, wie gut die Lösung den Bedarf des Kunden trifft. Es empfiehlt sich also, viel Zeit in die Entwicklung der richtigen Geschäftsmodelle zu stecken.

Fazit

LoRaWAN selbst bauen oder nicht – die Antwort hängt von der Situation ab. Großflächige, professionelle LoRaWANs lohnen sich, wenn man viele eigene Anwendungsfälle hat, und die Einnahmen können durch Vermietung erhöht werden. Wenn man nur wenig Anwendungsfälle hat und auch in Zukunft nicht viel mehr erwartet, ist es wirtschaftlich sinnvoller, das Netz eines anderen Anbieters zu nutzen.

Für den kleinen Eigenbedarf ist LoRaWAN eine günstige Möglichkeit, schnell und einfach Dinge zu vernetzen.

Wir helfen Ihnen gerne beim professionellen Aufbau Ihres LoRaWAN und der Entwicklung der dazugehörigen Geschäftsmodelle. Wir haben viel Erfahrung mit sowohl der Wirtschaftlichkeits-, Geschäftsmodell- und Prozessbetrachtung als auch dem Bau großflächiger, kommerzieller Netze.

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