Sicherheitszertifizierungen für LoRaWAN-Gateway-Designs im Außenbereich – Mehr als nur IP-Schutzarten

Beim Aufbau eines LoRaWAN-Netzwerks sind mehrere Aspekte zu berücksichtigen . An erster Stelle steht die Zuverlässigkeit des Netzwerkservers, die durch ein spezielles Zertifikat für Außengeräte nachgewiesen wird. Dieses Qualitätszertifikat hilft Ihnen bei der Auswahl eines sicheren LoRaWAN-Gateways. LoRaWAN-Gateways sollten mehrere Einsätze überstehen, Echtzeitwarnungen senden und mit verschiedenen Sensoren, Routern und Geräten kompatibel sein. Darüber hinaus muss ein sicherheitszertifiziertes Produkt mit einer robusten Antenne ausgestattet sein, um auch unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig zu funktionieren. Außerdem muss sichergestellt sein, dass der Netzwerkserver Verbindungen zu mehreren Gateways herstellen kann. Dies ist insbesondere für den öffentlichen Sektor von großer Bedeutung. Fehlen diese Funktionen, kann die Verbindung zur Cloud und die Datenspeicherung fehlschlagen.

Der zweite wichtige Aspekt ist der Verarbeitungsgewinn. Dieser beschreibt das Verhältnis der Chiprate der Codesequenz zur Bitrate des Datensignals. Hochwertige Signale ermöglichen es einem Empfänger, das ursprüngliche Signal mit niedriger Datenrate auch in Umgebungen mit schwachem Signal wiederherzustellen. Darüber hinaus bietet die LoRa Alliance-Zertifizierung für Outdoor-Gateways einen deutlich höheren Verarbeitungsgewinn als WLAN und Bluetooth. Dadurch kann der Netzwerkserver mit weniger Strom betrieben werden und dennoch die gleiche Signalrate und Verbindungsbudgetierung beibehalten. Aus diesem Grund ist der Entwicklung von Outdoor -LoRaWAN-Gateways große Bedeutung beigemessen.

Wie kann die Sicherheit von Outdoor-Geräten gewährleistet werden?

Ein zuverlässiges LoRaWAN-Netzwerk zeichnet sich durch hohe Sicherheit aus. Es sollte Ende-zu-Ende-Verschlüsselung gewährleisten und Nachrichten senden und empfangen können. Ein zuverlässiges LoRaWAN-Gateway unterstützt wiederum verschiedene Anwendungstypen. Ein LoRaWAN-konformes Netzwerk kann Millionen von Nachrichten innerhalb von 24 Stunden verarbeiten. Die Anzahl der sendbaren und empfangenen Nachrichten hängt von der Anzahl der installierten Gateways ab. Die physikalische Schicht von LoRa stellt jedoch sicher, dass der Anwendungsserver unabhängig vom Datenvolumen reibungslos funktioniert. Mit zweihundert Geräten mit speziellem Zertifikat für den Außenbereich und einem Gateway mit IP-Zertifizierung kann jedes Gerät mehrere hunderttausend Nachrichten pro Tag verarbeiten. Dadurch haben Sie vollen Zugriff auf die Überwachung dieses Datenverkehrs.

Obwohl Bezeichnungen wie „IP67“ oder andere Schutzarten häufig inflationär zur Produktwerbung verwendet werden, besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen der bloßen Kennzeichnung eines Geräts als „IP67“ oder ähnlich und der tatsächlichen Eignung für den Außeneinsatz. Der Begriff „Außeneinsatz“ hat eine besondere Bedeutung im Zusammenhang mit einem sicherheitszertifizierten Produkt. Er darf nicht zur Beschreibung oder Vermarktung eines Produkts verwendet werden, das nicht eine Reihe wichtiger Prüfungen und Tests durchlaufen hat, die in einem speziellen Zertifikat für Außengeräte münden. Manche Anbieter scheuen die Herausforderungen und Kosten der Entwicklung eines Produkts, das den Anforderungen für den Außeneinsatz entspricht, und verwenden stattdessen die ungenaue Bezeichnung „IP-geschützt“ und deklarieren Geräte einfach entsprechend anerkannten IP-Schutzarten. Gleichzeitig bietet nur zertifiziertes Außengerät die notwendige Sicherheit für einen sicheren und zuverlässigen Einsatz im Freien.

Zertifizierung von Outdoor-Ausrüstung

Die Schutzart (IP-Schutzart) ist ein standardisierter Test für Geräte gegen das Eindringen von Fremdkörpern, Staub und Wasser. Viele Gerätehersteller geben IP-Schutzarten an und erklären damit lediglich, dass ihre Geräte für den Außeneinsatz geeignet sind. Obwohl es notwendig ist, das Eindringen von Staub und Wasser in Geräte im Außenbereich zu begrenzen, ist eine Schutzart allein bei Weitem nicht ausreichend.

Die vollständigen Anforderungen an Informationstechnologiegeräte für den Außenbereich, wie z. B. Gateways, sind in der internationalen Sicherheitsnorm IEC 60950-22 „Sicherheit von Informationstechnologiegeräten – Geräte zur Installation im Freien“ detailliert beschrieben.

Dieser internationale Sicherheitsstandard wurde in den USA, Kanada und Europa durch UL 60950-22, CSA 60950-22 bzw. EN 60950-22 sowie durch weitere nationale Normen in anderen Ländern weltweit übernommen. IEC 60950-22 beschreibt detailliert das Produktdesign (z. B. von LoRaWAN-Gateways für den Außenbereich ), wichtige Bewertungskriterien und Testanforderungen, die für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Geräten im Außenbereich erforderlich sind (Beständigkeit gegen extreme Temperaturen, Gateway-Sicherheit, sicheres Netzwerk und Fernzugriff auf das Bedienfeld). Dieser Sicherheitsstandard ist zwingend erforderlich, wenn Sie Geräte für den Außeneinsatz weltweit als sicherheitszertifiziertes Produkt vermarkten möchten.

(Zu beachten ist, dass IEC 60950-22 mit der Annahme der 3. Ausgabe in die Basisnorm für Sicherheit IEC 62368-1 „Audio-/Video-, Informations- und Kommunikationstechnikgeräte – Teil 1: Sicherheitsanforderungen“ integriert wird.)

Anforderungen für die Outdoor-Zertifizierung

Für den Betrieb von Außengeräten wie LoRaWAN-Gateways über mindestens zehn Jahre ohne Ausfälle oder Leistungseinbußen müssen verschiedene Spezifikationen erfüllt werden. Die Anforderungen an die Gehäusekonstruktion gemäß IEC 60950-22, Abschnitt 8 „Konstruktionsanforderungen für Außengehäuse“, beschreiben detailliert die notwendigen Konstruktions- und Prüfanforderungen, um schädliche Einflüsse auszuschließen.

Der LoRaWAN-Standard sollte beispielsweise mit Ihren Sensoren oder anderen Geräten kompatibel sein. Seine Frequenz sollte mindestens 30 GHz betragen, um eine reibungslose Verbindung mit den benötigten Sensoren zu gewährleisten und Netzwerkunterbrechungen zu vermeiden. Ein Gerät mit IEC 60950-22-Zertifizierung und weiteren Schutzarten sollte sich mit einem WLAN-Netzwerk verbinden und eine stabile Verbindung aufrechterhalten können. Bei sorgfältiger Planung und umfassenden Prüfungen sind die Daten auch bei einem Ausfall des LoRa-Netzwerks über die LoRaWAN-Verbindung weiterhin für das Management zugänglich. Verfügt ein Gerät über weitere Schutzarten neben der IP-Schutzart, bleibt das Signal auch bei Stromausfall stabil und skalierbar.

UV-Schutz

Wir alle kennen die Auswirkungen von Sonneneinstrahlung auf manche Kunststoffe. Die Sonne kann Polymermaterialien mit der Zeit zersetzen, wenn diese nicht mit schützenden Zusätzen versehen sind. Diese Zersetzung kann ein Produkt im Extremfall unbrauchbar machen, aber auch dessen Sicherheitsmechanismen beeinträchtigen.

Wie in IEC 60950-22 Abschnitt 8.2 „Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung“ und den zugehörigen Prüfungen in Anhang C „UV-Licht-Konditionierungstest“ detailliert beschrieben, müssen Kunststoffe, aus denen exponierte Gehäuseteile von für den Außenbereich zertifizierten Geräten bestehen, spezielle UV-Beständigkeitsprüfungen bestehen. Diese Prüfungen gewährleisten, dass die Kunststoffe ihre Zug-, Biege- und Schlagfestigkeit sowie ihre Entflammbarkeitsklasse nach einer typischen Lebensdauer unter Sonneneinstrahlung beibehalten. Diese Klasse ist insbesondere für die Zuverlässigkeit von IoT-Geräten unter Hochtemperaturbedingungen von Bedeutung.

Die in UL 746C beschriebenen Anforderungen und Prüfverfahren für UV-Beständigkeit sind im Allgemeinen ebenfalls akzeptabel. Ein Basisharz mit der Kennzeichnung UL 746C (f1) in seinen Sicherheitsdatenblättern gewährleistet in der Regel die Eignung für den Außeneinsatz.

Abschließend ist es wichtig zu beachten, dass alle freiliegenden Kunststoffteile des Gehäuses UV-beständig sein müssen. Dies betrifft nicht nur das Gehäuse selbst, sondern auch kleinere Komponenten wie Steckverbinder, Kabeldurchführungen, Schalter, Lüftungsöffnungen usw. Selbst wenn die kleinsten Teile des Geräts nicht temperaturbeständig sind, macht dies einen erheblichen Unterschied. Wir alle wissen, wie selbst kleinste Risse oder Spalten das Eindringen von Wasser und Verunreinigungen ermöglichen und dadurch den Stromverbrauch und die Kontaktsignalqualität beeinträchtigen können. Daher ist es für Kunden ratsam, ein Gerät mit UV-Schutz und weiteren international anerkannten Zertifizierungen zu wählen.

Dichtungsbeständigkeit

Dichtungen spielen eine wichtige Rolle beim Schutz von Gehäusen vor dem Eindringen von Fremdkörpern. Daher ist die Lebensdauer der Dichtungen unter Außenbedingungen ein wichtiger Faktor, nicht nur für die erfolgreiche Vermarktung von Geräten, sondern auch, um deren Sicherheit zu gewährleisten und sicherzustellen, dass sie die Prüfungen, die mit einem Zertifikat für Außengeräte einhergehen, erfolgreich bestehen.

IEC 60950-22 Abschnitt 8.5 „Dichtungen“ und der zugehörige Anhang D „Dichtungsprüfungen“ beschreiben detailliert die speziellen Alterungs- und Festigkeitsprüfungen von Dichtungen. Diese Prüfungen gewährleisten, dass Gehäusedichtungen ihre Zugfestigkeit und Druckelastizität nach einer typischen Einsatzdauer beibehalten.

Die in UL 50E beschriebenen Anforderungen und Prüfverfahren für die Alterung von Dichtungen sind im Allgemeinen ebenfalls akzeptabel. Eine Dichtung mit UL-50E-Zertifizierung in ihren Sicherheitsunterlagen gewährleistet in der Regel die Eignung für den Außeneinsatz und ist somit ideal für intelligente Landwirtschaft, Ackerbau und die Steuerung intelligenter Städte.

korrosions~~POS=TRUNC

Korrosion schreitet im Außenbereich deutlich schneller voran und gefährdet die Integrität des Gehäuses sowie wichtiger elektrischer Verbindungen wie Blitzschutz und Schutzleiter. Daher sollten Kunden beim Kauf und der Auswahl eines Sensors auf dessen Korrosionsbeständigkeit achten. Dies gilt insbesondere für Küstenregionen aufgrund der Salzeinwirkung, aber auch für viele städtische Gebiete, wo Umweltverschmutzung in Verbindung mit Feuchtigkeit die Korrosion erheblich beschleunigen kann.

Für eine lange und störungsfreie Lebensdauer des Produkts im Feld sind spezielle Materialauswahl und Beschichtungen erforderlich. Gegebenenfalls sind detaillierte Prüfungen gemäß IEC 60950-22 Abschnitt 8.3 „Korrosionsbeständigkeit“ sowie die zugehörigen Prüfungen in Anhang A „Wassergesättigte Schwefeldioxidatmosphäre“ notwendig.

Diese anspruchsvollen Tests, bestehend aus 168 Stunden Salzwassersprühtest und einem 120-stündigen Testzyklus in einer wassergesättigten, schwefeldioxidreichen Atmosphäre, müssen durchgeführt werden, sofern keine spezifischen Materialauswahl und -spezifikationen vorliegen. Gegebenenfalls sind auch spezifische Installationsanweisungen für den Endnutzer erforderlich.

Ingress Protection

Selbstverständlich muss das Eindringen von Wasser, Staub oder festen Fremdkörpern verhindert werden, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Geräte zu gewährleisten. Ein sicheres Gerät muss Tests durchlaufen, die in der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Außensensoren und ihrer Streufaktoren durch internationale Zertifizierungsstandards münden.

Während der Schutz fester Gegenstände durch die grundlegenden Sicherheitsstandards abgedeckt ist, legen die Abschnitte 9.1 „Schutz vor Feuchtigkeit“ und 9.3 „Schutz vor Staub“ der IEC 60950-22 die Mindestanforderungen an den Schutz gegen das Eindringen von Wasser bzw. Staub fest.

Obwohl die Mindestanforderung an die Schutzart IP für Außengehäuse eine Schutzart gegen Staub und Spritzwasser (IP54) vorsieht, ist es üblich, dass Außengehäuse, die empfindliche elektrische Bauteile enthalten, staubdicht und gegen normale Wasserstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen oder kurzzeitiges Eintauchen geschützt sind, was einer Schutzart IP65, IP66 bzw. IP67 entspricht.

Die Prüfung der Wasserdichtigkeit von Gehäusen erfolgt in der Regel gemäß IEC 60529. Allerdings werden auch Zertifizierungen nach UL 50E für die NEMA-Typen 3, 4 oder 6 (entsprechen in etwa den IP-Codes IP54, IP56 bzw. IP67) akzeptiert.

Gehäuseschlagfestigkeit

Die Stoßfestigkeit von Gehäusen kann die Zuverlässigkeit und den Support von Sensoren und anderen Geräten auf dem Weltmarkt maßgeblich beeinflussen. Polymerwerkstoffe reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen und können dadurch ihre mechanischen Eigenschaften verändern. Insbesondere die Schlagfestigkeit kann bei den niedrigen Umgebungstemperaturen, denen Außengeräte ausgesetzt sind, abnehmen.

Abschnitt 22 „Mechanische Festigkeit von Gehäusen“ der IEC 60950 fordert, dass die Schlagprüfung des Gehäuses bei der minimalen spezifizierten Betriebstemperatur des Geräts durchgeführt wird. Darüber hinaus werden zusätzliche Bewertungskriterien angewendet, um sicherzustellen, dass der Schutz gegen Eindringen von Fremdkörpern (IP-Schutzart) des Gehäuses nicht beeinträchtigt wird.

Weitere Überlegungen

Zusätzlich zu den oben genannten Grundvoraussetzungen für Outdoor-Geräte gibt es weitere Designaspekte, die bei Outdoor-Produkten beachtet werden müssen. Für die Absicherung eines LoRaWAN-Netzwerks benötigen Sie einen zuverlässigen LoRa Alliance-Netzwerkserver. Um die Zuverlässigkeit des Netzwerkservers und die Übertragung des erforderlichen Datenverkehrs zu gewährleisten, benötigen Sie Unterstützung von Ihrem Gateway-Anbieter, den Sie jederzeit kontaktieren können. Daher ist es besonders wichtig, einen vertrauenswürdigen Hersteller zu wählen, der idealerweise Mitglied der renommierten LoRa Alliance ist. Ein zuverlässiges Gateway ist unerlässlich, da dieses Gerät das gesamte Netzwerk verwaltet und die Kommunikation mit allen Sensoren innerhalb eines LoRaWAN-Netzwerks ermöglicht.

Solarladung

Außengeräte neigen aufgrund direkter Sonneneinstrahlung und Temperatureinflüssen zu zusätzlicher Gehäuseerwärmung. Diese zusätzliche Wärmebelastung muss bereits bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden, um die Zuverlässigkeit des Geräts zu gewährleisten. Obwohl dies nicht explizit in der Sicherheitszertifizierung vorgeschrieben ist, sollte man davon ausgehen, dass ein Produkt bis zu 10 °C über der maximal zulässigen Umgebungstemperatur sicher und zuverlässig funktioniert.

Überspannungsschutz

Bei Außengeräten kann es aufgrund atmosphärischer Ereignisse wie Blitzeinschlägen zu deutlich höheren Überspannungsbelastungen kommen. Die elektrischen Schnittstellen dieser Geräte benötigen daher einen zusätzlichen Schutz, der entweder in die Geräte integriert oder extern nachgerüstet werden muss.

Obwohl in IEC 60950-22 keine besonderen Anforderungen genannt werden, wird empfohlen, zur Orientierung spezifische Schutznormen wie IEC 62305-1 „Schutz gegen Blitzschlag“ oder die National Fire Protection Agency NFPA 780 „Standard für die Installation von Blitzschutzsystemen“ zu konsultieren.

Pflanze und Tier

Die Norm IEC 60950-22 schreibt vor, dass die Konstruktion von Außengeräten gegebenenfalls auf die Auswirkungen von Pflanzenwachstum und Ungeziefer geprüft werden muss. Dies ist insbesondere für Agrarbetriebe relevant, die LoRaWAN-Sensoren und andere Geräte häufig direkt auf ihren Feldern einsetzen. Fehlt ein Sensor an Insektenschutz, kann dies zu Ausfällen und damit verbundenen Kosten führen. Um Ihre Daten und die eingesetzte Technologie zu schützen, sollten Sie daher von vornherein Sensoren und Gateways mit Pflanzen- und Tierschutz auswählen, insbesondere wenn Sie ein LoRaWAN -Gerät an einem solchen Ort einsetzen möchten.

Robustheitskennzeichnung

Um sicherzustellen, dass das von Ihnen gewählte Gerät zertifiziert ist und den Marktanforderungen entspricht, genügt es in der Regel, die Informationen auf der Rückseite des Geräts zu lesen. Alle Mitglieder der LoRa Alliance kennzeichnen ihre Geräte mit den erforderlichen Zertifizierungen. Diese Kennzeichnungen sind beständig gegen extreme Temperaturen und Witterungseinflüsse, sodass Sie die Informationen jederzeit abrufen können. Geräte sind häufig mit wichtigen Sicherheitsinformationen beschriftet oder anderweitig gekennzeichnet, die auch nach jahrelanger Einwirkung rauer Außenbedingungen lesbar bleiben müssen. Sollten Ihre Sensoren und Lösungen diese Kennzeichnungen nicht aufweisen, überprüfen Sie deren Zertifizierung zur Sicherheit erneut.

Über welche Sicherheitszertifizierungen verfügt TEKTELIC?

TEKTELIC Communications, Mitglied der LoRa Alliance und weltweit anerkannt, legt großen Wert auf Technologiestandards, Verbreitungsfaktoren und Zuverlässigkeit. Wir fertigen Sensoren, Lösungen und Gateways, die große Datenmengen verarbeiten können, einen geringen Stromverbrauch aufweisen und auf einem sicheren LoRaWAN-Netzwerkserver basieren.

Alle für den Außeneinsatz konzipierten und vertriebenen TEKTELIC Gateways sind nicht nur nach IP67 zertifiziert, sondern haben auch ein zusätzliches, strenges Zertifizierungsverfahren gemäß IEC 60950-22 durchlaufen, einschließlich aller spezifischen Abweichungen gemäß UL 60950-22, CSA 60950-22 und EN 60950-22. Beispielsweise ist das TEKTELIC KONA Mega Ex Gateway ATEX/Zone II-zertifiziert und nach IP67 zertifiziert. Dieses Gateway bietet eine Sendeleistung von bis zu 14 dBm pro Antenne und ein robustes Gehäuse in Carrier-Qualität und eignet sich daher hervorragend für den Einsatz im Außenbereich.

Das LoRaWAN-Gateway TEKTELIC KONA Mega IoT Gateway verfügt ebenfalls über zahlreiche anerkannte Zertifizierungen. Es erfüllt die Spezifikationen für Nordamerika, die Europäische Union und den asiatisch-pazifischen Raum und ist nach IP67 zertifiziert. Dank zweier simultaner Sendekanäle ermöglicht dieses LoRaWAN-Gateway eine deutlich schnellere Datenübertragung und einen ebensolchen Datenempfang im Vergleich zu ähnlichen Technologien mit nur einem Sendekanal.

LoRaWAN-Technologie und IoT-basierte Gateways erweisen sich in vielen Branchen als die zuverlässigste und einfachste Lösung. Mit einem zertifizierten Anbieter der LoRa Alliance wie TEKTELIC erwerben Sie garantiert ein zertifiziertes Produkt. Kontaktieren Sie daher das TEKTELIC- Supportteam – wir helfen Ihnen gerne bei der Auswahl des passenden Gateways für Ihre Anforderungen.