Wie das integrierte LNS-Gateway von TEKTELIC vollständig lokale LoRaWAN®-Netzwerke ermöglicht

Die Wahl der richtigen LoRaWAN®-Architektur kann eine Herausforderung sein, insbesondere bei Implementierungen, die keinen vollständig cloudbasierten oder zentralisierten Netzwerkserver benötigen. Viele Organisationen – von Gebäudebetreibern über Industrieanlagen bis hin zu abgelegenen Standorten – suchen nach einem autarken, lokalen und sicheren LoRaWAN-Netzwerk, das auch ohne stabile Backhaul-Anbindung funktioniert.

Genau hier spielen die TEKTELIC KONA Embedded LNS Gateways ihre Stärken aus. Sie integrieren den gesamten LoRaWAN-Netzwerkserver direkt in das Gateway und ermöglichen so den Betrieb eines vollständig privaten LoRaWAN-Netzwerks mit integrierten Tools für BACnet, Modbus TCP, REST API, MQTT und Node-RED.

Um Ihnen zu verdeutlichen, was dies in der Praxis bedeutet – und wann ein lokales LoRaWAN-Netzwerk die richtige Wahl ist – haben wir diesen Artikel erstellt, um zu erklären, wie das Embedded LNS Gateway funktioniert, wo es am besten eingesetzt werden kann und wie es sich in Gebäude-, Industrie- und Unternehmenssysteme integriert.

Produktübersicht

Das TEKTELIC KONA Embedded LNS Gateway ist eine leistungsstarke und eigenständige LoRaWAN®-Netzwerkserverlösung, die direkt in die Gateways der TEKTELIC KONA-Serie integriert ist. Es bietet ein voll funktionsfähiges privates LoRaWAN-Netzwerk ohne Verbindung zu einem externen Netzwerkserver. Dadurch eignet es sich ideal für Standalone-Installationen in Umgebungen wie Smart Buildings, industriellen Automatisierungssystemen oder abgelegenen Standorten, wo Konnektivität oder zentrale Verwaltung eingeschränkt oder nicht erforderlich sind. Das Gateway vereint einen voll funktionsfähigen LoRaWAN-Netzwerkserver (LNS), eine webbasierte Geräteverwaltungsschnittstelle, Protokollintegrationsfunktionen und einen Anwendungsserver in einem kompakten und effizienten Gerät.

Ideale Anwendungsfälle

Das TEKTELIC KONA Embedded LNS Gateway unterstützt eine Vielzahl von Anwendungen, die ein autarkes, netzwerkseitiges LoRaWAN-Netzwerk erfordern. Dazu gehören intelligente Gebäudeautomationssysteme (BMS) auf Basis von BACnet, industrielle Umgebungen mit Modbus TCP sowie kundenspezifische IoT-Installationen, die eine Integration in Unternehmensserver oder Webanwendungen benötigen. Dank des unabhängigen Betriebs von zentralisierter Infrastruktur eignet es sich ideal für abgeschottete oder datenschutzsensible Umgebungen. Die Integration mit Node-RED gewährleistet die Anpassungsfähigkeit an komplexe Automatisierungsprozesse.

Eigenständiges LoRaWAN-Netzwerk mit integriertem LNS

Das integrierte LNS-Gateway ermöglicht es Benutzern, ein komplettes LoRaWAN-Netzwerk lokal zu erstellen und zu verwalten. Über die intuitive Weboberfläche von KONA Link können Benutzer Geräte einfach bereitstellen und verwalten. Die Gerätebereitstellung wird durch Geräteprofile optimiert, die wichtige Kommunikationsparameter wie die LoRaWAN-Regionaleinstellungen, MAC- und Regionalparameterversionen sowie die Netzwerkverbindungsmethode (OTAA oder ABP) definieren. Diese Profile enthalten außerdem Payload-Codec-Definitionen, die Gerätedaten für die Anzeige oder Weiterverarbeitung kodieren und dekodieren. Benutzer können aus vorinstallierten Geräteprofilen auswählen, benutzerdefinierte Geräteprofile installieren oder manuell benutzerdefinierte Profile für Geräte von Drittanbietern erstellen.

Die Geräteprofilverwaltung ist flexibel und umfassend. Für gängige Installationen ermöglichen vordefinierte Vorlagen die schnelle Integration von LoRaWAN-Geräten. Für weniger verbreitete oder spezialisierte Geräte lassen sich neue Profile manuell über die KONA Link- Oberfläche erstellen oder als Pakete auf dem Gateway installieren. Diese Profile können benutzerdefinierte Payload-Codecs enthalten, die dem LoRa Alliance Payload Codec API-Standard entsprechen und so die Wiederverwendung und Standardisierung der Gerätedateninterpretation in verschiedenen Systemen ermöglichen.

Die LNS-Weboberfläche bietet zudem erweiterte Konfigurationswerkzeuge. Benutzer können Einstellungen wie Frequenz- und Kanalkonfigurationen präzise anpassen, um spezifische regionale Vorschriften oder Einsatzumgebungen zu berücksichtigen. Funktionen wie Adaptive Data Rate (ADR) lassen sich je nach Netzwerkleistungsanforderungen aktivieren oder deaktivieren. Darüber hinaus ermöglicht die Echtzeitüberwachung des LoRaWAN-Datenverkehrs die Beobachtung des Geräteverhaltens und des Nachrichtenflusses zu Fehlerbehebungs- oder Analysezwecken. Codecs können außerdem modifiziert oder aktualisiert werden, um Firmware- oder Feldänderungen in den Sensornutzdaten zu berücksichtigen.

Sobald die Geräte bereitgestellt und konfiguriert sind, integriert sich das Embedded LNS nahtlos in externe Systeme mithilfe von Node-RED, einem visuellen Programmierwerkzeug für ereignisgesteuerte Anwendungen. LoRaWAN-Uplink-Nachrichten können über MQTT- oder HTTP-Protokolle an Drittanbieterplattformen weitergeleitet werden, wodurch der Datenfluss zu Unternehmensservern, Gebäudemanagementsystemen oder benutzerdefinierten Dashboards ermöglicht wird. Downlink-Nachrichten können in Node-RED generiert und über das Embedded LNS an die Geräte zurückgesendet werden.

Gebäudemanagementsystemintegration über BACnet IP

Das integrierte LNS-Gateway verfügt über einen BACnet-IP-Server und ermöglicht so die nahtlose Integration in BACnet-basierte Gebäudeleitsysteme (GLT). Diese Funktion ist besonders wertvoll für Smart-Building-Anwendungen, bei denen die Überwachung und Steuerung von Umweltsensoren über etablierte Protokolle unerlässlich ist. BACnet wird in Gewerbe- und Industriegebäuden häufig für HLK-, Beleuchtungs-, Energie- und Sicherheitssysteme eingesetzt, und das integrierte LNS-Gateway fungiert als Schnittstelle zwischen LoRaWAN-Geräten und diesen BACnet-Ökosystemen.

Über die KONA Link-Schnittstelle können Benutzer den BACnet-Server aktivieren und das BACnet-Geräteobjekt konfigurieren, das die Gateway-Repräsentation im BACnet-Netzwerk darstellt. Die Schnittstelle bietet Werkzeuge zur Zuordnung von LoRaWAN-Nutzdatenfeldern zu spezifischen BACnet-Objekten. Gängige Geräte profitieren von vorkonfigurierten Zuordnungen, die Uplink-Felder automatisch in erkennbare BACnet-Parameter umwandeln. Für andere Geräte gewährleistet die manuelle Konfiguration Flexibilität und Kompatibilität.

Jedes Feld der LoRaWAN-Nutzdaten wird einem BACnet-Objekt zugeordnet, sodass Gebäudesysteme Sensordaten in Echtzeit auswerten können. Unterstützte BACnet-Objekttypen für Uplinks sind Analogeingang, Binäreingang, Zeichenkettenwert und Mehrzustandswert. Beispielsweise kann ein Temperaturfeld in einer LoRaWAN-Nachricht einem Analogeingang in BACnet für die HLK-Steuerung zugeordnet werden. Eigenschaften wie Einheiten, Wertänderung und Prioritätsarrays sind für Objekte, die diese unterstützen, konfigurierbar. Downlink-Operationen werden durch die Zuordnung von BACnet-Steuerungsobjekten wie Analogwert, Binärwert, Zeichenkettenwert und Oktettzeichenkette zu entsprechenden LoRaWAN-Downlink-Feldern unterstützt. Komplexe Nutzdatenstrukturen werden über Oktettwertobjekte verarbeitet, wobei die Binärkodierung durch das KONA Atlas-Tool von TEKTELIC ermöglicht wird , um Kompatibilität und Betriebsgenauigkeit zu gewährleisten.

Industrielle Systemintegration über Modbus TCP

In industriellen Automatisierungsumgebungen unterstützt das Embedded LNS Gateway die Modbus-TCP- Integration mithilfe eines integrierten Modbus-TCP-Servers. Dadurch kann das Gateway direkt mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), SCADA-Systemen und anderer Modbus-basierter Infrastruktur verbunden werden, die häufig in der Fertigung, der Energieversorgung und der Prozessleittechnik eingesetzt werden.

Die Konfiguration und Einrichtung des Modbus-TCP-Servers erfolgt über die Weboberfläche von KONA Link. Dort können Benutzer den Modbus-Dienst aktivieren und den für die Kommunikation verwendeten TCP-Port festlegen. Dieser Ansatz vereinfacht die Inbetriebnahme, da Integratoren LoRaWAN, Modbus und die Gerätezuordnung über eine einzige Management-Oberfläche verwalten können. Sobald der Modbus-Server aktiviert ist, ist das Gateway im industriellen Netzwerk als Modbus-Gerät erkennbar und kann Registerdaten an angeschlossene SPSen und andere Leitsysteme übermitteln.

KONA Link bietet zudem eine umfassende Mapping-Schnittstelle, mit der Benutzer LoRaWAN-Uplink-Felder Modbus-Registern zuordnen können. Geräte mit vorinstallierten Geräteprofilvorlagen enthalten standardmäßige Modbus-Mappings, sodass TEKTELIC-Sensoren mit minimalem Konfigurationsaufwand betrieben werden können. Für LoRaWAN-Geräte von Drittanbietern können Benutzer manuell Mapping-Einträge erstellen, um festzulegen, wie jedes Nutzdatenfeld im Modbus-Registerraum dargestellt werden soll. Dies umfasst die Angabe des entsprechenden Modbus-Objekttyps und die Zuordnung jedes Nutzdatenparameters zu einem entsprechenden Register.

Um die Konfiguration zu vereinfachen und Adresskonflikte zu vermeiden, berechnet das Embedded LNS Gateway automatisch die Registeradress-Offsets für jede Zuordnung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Registerzuordnungen auf dem gesamten Modbus-Server eindeutig bleiben, ohne dass der Benutzer manuelle Wartungsarbeiten durchführen muss. Beim Hinzufügen, Entfernen oder Ändern von Zuordnungen verwaltet das Gateway das Registerlayout in Echtzeit, was die Systemwartung erleichtert und die Fehleranfälligkeit reduziert.

Beschreibbare Register ermöglichen es industriellen Steuerungssystemen, Aktionen auf LoRaWAN-Geräten auszulösen. Wenn eine SPS in ein zugeordnetes Holding-Register oder eine Spule mit Schreibzugriff schreibt, übersetzt das Gateway dieses Schreibereignis automatisch in einen LoRaWAN-Downlink. Dadurch können industrielle Systeme Aktoren fernsteuern, Ausgänge schalten oder Konfigurationsparameter auf LoRaWAN-Feldgeräten aktualisieren. Beispiele hierfür sind das Aktivieren eines Relais, das Anpassen einer Ventilposition oder das Ändern des Meldeintervalls eines Sensors. Diese enge Verknüpfung zwischen Modbus-Schreibvorgängen und LoRaWAN-Downlink-Aktionen ermöglicht eine reibungslose und ereignisgesteuerte Interaktion zwischen traditionellen industriellen Automatisierungsplattformen und modernen IoT-Sensornetzwerken.

Die Modbus-Integration ermöglicht die Echtzeit-Transparenz und -Steuerung von IoT-Sensordaten in industriellen Systemen und erschließt so fortschrittliche Überwachungs- und Automatisierungsanwendungen ohne die Notwendigkeit einer Cloud-Anbindung oder von Gateways Dritter.

Flexible Integration mit externen Systemen über Node-RED

Neben BACnet und Modbus unterstützt das Embedded LNS Gateway dank seiner integrierten Node-RED- Umgebung die Anbindung an eine Vielzahl externer Plattformen und Protokolle. Dadurch ist das Gerät äußerst vielseitig und anpassungsfähig für verschiedene Einsatzszenarien in Unternehmen und im IoT-Bereich.

Für MQTT-basierte Systeme kann der eingebettete LNS als Client fungieren, der Nachrichten an einen externen MQTT-Broker sendet und empfängt. TEKTELIC stellt einen Beispiel-Node-RED-Flow bereit, der die Verbindung und das Routing von LoRaWAN-Nachrichten zu MQTT-Themen demonstriert und so die einfache Integration mit Cloud-Diensten, Hausautomationssystemen oder Datenanalyseplattformen ermöglicht.

Die HTTP-Integration wird ebenfalls unterstützt, sodass das Gateway LoRaWAN-Nutzdaten an externe HTTP-Server senden kann. Ein Beispiel-Node-RED-Flow veranschaulicht, wie relevante Daten aus Uplink-Nachrichten extrahiert und per HTTP-POST-Anfrage an einen Remote-Server übertragen werden. Diese Flexibilität ermöglicht es Entwicklern und Integratoren, das Verhalten des Gateways an nahezu jede IT- oder IoT-Architektur anzupassen.

Gebäudemanagementsystem-Integration über REST-API

Zusätzlich zur BACnet-Integration bietet das Embedded LNS Gateway eine native REST-API , die eine direkte HTTP-basierte Kommunikation zwischen Gateway und Gebäudeleittechnik (GLT) ermöglicht. Dadurch kann die GLT ohne herkömmliche Protokollkonvertierungsschichten wie BACnet mit dem LoRaWAN-Netzwerk interagieren und bietet so einen effizienteren Integrationspfad.

Durch die Einrichtung eines HTTP-Clients im Gebäudemanagementsystem (BMS) und dessen Anbindung an die auf dem eingebetteten LoRaWAN-System (LNS) gehostete REST-API können Systemintegratoren eine nativere LoRaWAN-Umgebung gestalten. Das BMS kann direkt auf Sensordaten zugreifen, Gerätezustände überwachen und Downlink-Befehle über Standard-HTTP-Anfragen an LoRaWAN-Geräte senden. Dies ermöglicht Entwicklern die Erstellung benutzerdefinierter Dashboards, Steuerungslogik oder Automatisierungsskripte, die direkt mit den internen Funktionen des Gateways interagieren.

Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass jedes eingebettete LNS-Gateway als eigenständiges LoRaWAN-Netzwerk fungiert und dennoch über den HTTP-Client vollständig vom zentralen Gebäudemanagementsystem (BMS) verwaltet werden kann. Dies zentralisiert Steuerung und Transparenz innerhalb des BMS und vereinfacht so den Betrieb und reduziert die Konfigurationskomplexität für Gebäudemanager.

Fazit

Das TEKTELIC KONA Embedded LNS Gateway ist eine leistungsstarke, vielseitige und kostengünstige Lösung für lokale LoRaWAN-Implementierungen. Mit seinem integrierten Netzwerkserver, robusten Geräteverwaltungstools und der nativen Unterstützung für Industriestandardprotokolle wie BACnet und Modbus ermöglicht es eine schnelle Implementierung und nahtlose Integration in bestehende Steuerungssysteme. Die Integration von Node-RED erweitert die Funktionalität zusätzlich und ermöglicht hochgradig individualisierte Logik und Datenweiterleitung ohne externe Middleware. Die native REST-API bietet einen weiteren effizienten Weg zur Integration in moderne Gebäudeleitsysteme und ermöglicht es Anwendern, die Steuerung zu zentralisieren und gleichzeitig einen verteilten, ausfallsicheren Gateway-Betrieb zu gewährleisten. Für Integratoren, Lösungsentwickler und Betreiber, die private IoT-Netzwerke implementieren möchten, bietet das Embedded LNS Gateway eine intuitive Plattform, die sich ideal für den Einsatz in anspruchsvollen realen Umgebungen eignet.

Wenn Sie lokale LoRaWAN®-Netzwerke für Ihr Gebäude, Ihren Industriestandort oder Ihre Außenstelle in Betracht ziehen, unterstützt Sie unser Team gerne bei der Auswahl der passenden Lösung. Kontaktieren Sie TEKTELIC, um Ihr Projekt zu besprechen und zu erfahren, wie sich LoRaWAN® in Ihre bestehenden Systeme integrieren lässt: info@tektelic.com