LoRaWAN Bedenkenlos einsetzen Informationsblatt … · 2020-03-05 · weitreichende...
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LORAWAN BEDENKENLOS EINSETZEN Strahlenbelastung durch Funktechnologien INFORMATIONSBLATT – STRAHLENBELASTUNG Ê Allgemeine Informationen
Ê Messung von Funksystemen
Ê Fallbeispiel
Ê LoRaWAN im Vergleich
ANSPRECHPARTNER
Robert Koning [email protected]
Peter Schneider [email protected]
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ALLGEMEINE INFORMATIONEN
Im Alltag werden heute hauptsächlich Funktechnologien wie GSM, UMTS (3G), WLAN oder auch
Bluetooth - zunehmend auch LTE - genutzt. Insbesondere durch die Omnipräsenz von Mobiltelefonen,
ist die annähernd flächendeckende Verfügbarkeit von öffentlichen Mobilfunknetzen mit GSM und 3G
aus unserer Gesellschaft kaum noch wegzudenken.
Seit Jahren befassen sich diverse Wissenschaftler mit den möglichen Gefahren, welche von
Funkwellen und deren Strahlung ausgehen. Ausgiebige Tests versuchen hierbei Klarheit zu schaffen
und unterschiedliche Funktechnologien entsprechend zu bewerten.
Für uns als Unternehmen ist eine grundlegende Voraussetzung für den Einsatz einer Funktechnologie,
dass diese sicher und gesundheitsverträglich für Mensch und Umwelt ist. Die von uns eingesetzten
Geräte und Anwendungen sind demnach so ausgelegt, dass diese deutlich unterhalb der gesetzlichen
Grenzwerte liegen und der Gesundheitsschutz damit zuverlässig sichergestellt ist. Nachfolgend
wollen wir Ihnen einen Überblick, sowie unsere Einschätzung zu diesem Thema geben.
Was ist LoRaWAN?
LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ist ein Kommunikationsstandard für
Funkverbindungen mit großer Reichweite und höchster Energieeffizienz. Er wird dabei der Klasse der
LPWANs (Low Power Wide Area Network) zugeordnet. Diese zeichnen sich durch eine geringe
äquivalente isotrope Strahlungsleistung EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power) aus.
LoRaWAN benutzt die bekannten ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical) für Hochfrequenz-
Geräte in Industrie, Wissenschaft und Medizin. Diese sind in Deutschland durch die
Bundesnetzagentur reglementiert: „Für Geräte, die zwischen 40.66 MHz und 870.00 MHz arbeiten,
beträgt die Sendeleistung je nach Anwendung zwischen 50 nW und 500 mW ERP“ (Effective Radiated
Power) (Bundesnetzagentur: „Funkanwendungen auf den ISM-Bändern“, Seite 3).
LoRa ist hierbei die physikalische Schicht bzw. die drahtlose Modulation, die verwendet wird, um
weitreichende Kommunikationsverbindungen zu schaffen. LoRa ist die erste kostengünstige
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Implementierung für den kommerziellen Gebrauch. Einer der Vorteile von LoRa ist neben der hohen
Reichweite die niedrige Strahlungsbelastung durch die Technologie. Ein einzelnes Gateway oder eine
Basisstation kann ganze Städte und Hunderte von Quadratkilometern abdecken. Die Reichweite
hängt stark vom Umfeld und Hindernissen des jeweiligen Standortes und der dadurch entstehenden
Verschattung ab. Mit einer minimalen Infrastruktur können ganze Länder leicht abgedeckt werden.
Wir verweisen für weitere Informationen auf das Dokument „LoRa und LoRaWAN erklärt“
(https://www.smart-city-solutions.de/wp-content/uploads/2018/03/LoRa-und-LoRaWAN-
erklärt.pdf)
MESSUNG VON FUNKSYSTEMEN
Die Funkgeräte werden in diesem Kontext als LoRaWAN-Sensoren bezeichnet. Um verschiedene
Funksysteme miteinander zu vergleichen, sind Sendeleistung, Sendedauer und der Abstand zum
Menschen von hoher Relevanz. Nachfolgend beleuchten wir diese drei Punkte in Bezug auf
LoRaWAN.
- Sendeleistung: Mit einer durchschnittlichen Sendeleistung von nur 25 Milliwatt sind
LoRaWAN-Sensoren im Vergleich zu DECT-Telefonen mit ca. 250 Milliwatt und Smartphones
mit bis zu 1.000 Milliwatt (!), mit einer sehr niedrigen Sendeleistung ausgestattet.
- Sendedauer: Die Sendedauer beträgt hierbei jeweils zwischen 0,012 und einer Sekunde und
ist damit im Vergleich zu anderen Technologien extrem kurz.
Abbildung 1 – LoRaWAN Logo
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- Abstand zum Menschen: Laut dem Bundesamt für Strahlenschutz ist bei einem Funkgerät mit
einer Spitzenleistung von bis zu 500 Milliwatt ein Mindestabstand zum Körper nicht
notwendig.
Der Vergleich diverser Medien zeigt also, dass die Sendeleistung von LoRaWAN-Sensoren äußerst
gering ist. Eine Auswirkung oder Belastung für Mensch und Natur ist bei Werten in diesen Bereichen
folglich laut Bundesnetzagentur ausgeschlossen.
FALLBEISPIEL
Wenn Personen sich in einer Wohnung in einem durchschnittlichen Abstand von 2 Metern zu
LoRaWAN-Sensoren aufhalten, verursacht ein fünfminütiges Telefonat mit einem Smartphone, bei
dem der angenommene Abstand circa fünf Zentimeter beträgt, mehr Funkstrahlung, als LoRaWAN-
Sensoren in 2.000 Jahren verursachen könnten. Die gesetzlichen Grenzwerte werden somit um weit
mehr als das Tausendfache unterschritten.
Zum Schutz des Menschen vor gesundheitlichen Gefahren wurden Grenzwerte festgelegt. Mit einer
Funkfrequenz von 868 MHz ist die Frequenz bei LoRaWAN-Sensoren im Vergleich zu Smartphones,
bei denen eine Frequenz von bis zu 2.600 MHz erreicht wird, gering.
LORAWAN IM VERGLEICH
Um das Thema „LoRaWAN bedenkenlos einsetzen“ noch etwas weiter auszuführen, möchten wir vier
wesentliche Gründe nennen, aus denen LoRaWAN wesentlich unbedenklicher ist, als die heute
bereits weithin etablierten Funktechniken wie GSM, UMTS (3G), WLAN oder auch Bluetooth und LTE
(die aktuell noch nicht verfügbaren 5G-Netzwerke lassen wir bei dieser Betrachtung noch außen vor):
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1) LoRaWAN verwendet eine sehr niedrigere Sendeleistung. Während WLAN mit 100 mW, zum
Teil sogar 1 W, sendet und in Mobilnetzen Leistungen über einem Watt verwendet werden,
senden LoRaWAN-Sensoren typischerweise mit 10 mW, maximal aber 25 mW. Alleine
hierdurch ergibt sich bereits ein eklatanter Unterschied mit einem Faktor von 10, 100 und
mehr in der Sendeleistung und damit möglichen Belastung.
2) LoRaWAN-Geräte senden nur sehr selten. Entsprechend ihrer Applikationen senden die
Geräte relativ kurze Nachrichten von typischerweise 0,012 bis eine Sekunde und diese
entweder nur aufgrund von Interaktionen der Nutzenden oder im Abstand mehrerer Minuten
oder Stunden automatisch. Für das Frequenzband, das LoRaWAN verwendet, ist gesetzlich ein
sogenannter maximaler „Duty Cycle“ bzw. „Time-on-Air“ festgelegt. Demzufolge darf jedes
einzelne Gerät nur maximal 1% der Zeit senden, d.h. nur für maximal 36 Sekunden innerhalb
einer Stunde. Die meisten LoRaWAN Geräte bleiben sehr weit unter diesem Grenzwert.
Typisch sind Werte von 0,001 bis 0,03%. Im Gegensatz dazu werden Technologien wie WLAN
oder UMTS häufig über längere Zeiträume fast dauerhaft genutzt. Durchaus typisch ist dort
ein Duty Cycle im 1-stelligen Prozentbereich. Hier ergibt sich beim Vergleich ein weiterer, sehr
großer Unterschied von 2 bis 4 Zehnerpotenzen.
1000
250 200100 100
250
200
400
600
800
1000
1200
WLAN 5 GHz
DECT
LTE H
andy
WLAN 2,4GHz /
Bluetooth
Rundfunksender
LoRaW
AN
Sendeleistungen in mW
Abbildung 2 – Sendeleistungen verschiedener Funktechnologien im Vergleich
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3) Zu betrachten ist insgesamt, wie viel der Energie tatsächlich in den Körper eines Menschen
eingestrahlt wird. Dies hängt von der Sendeleistung, der Sendedauer und ebenso auch vom
Abstand ab. Die Empfangsleistung sinkt sogar nicht nur linear, sondern quadratisch mit dem
Abstand: Bei einem zehnfachen Abstand trifft nur ein Hundertstel der Leistung ein.
Mobiltelefone, welche zumeist nur wenige Zentimeter vom Kopf gehalten werden, senden
leider doch einen erheblichen Teil der Sendeenergie in den Körper. Dies wird heute pro
Gerätetyp mit der spezifischen Absorptionsrate (SAR Wert) angegeben. Typische Werte liegen
bei 0,1 bis 1 W/kg. Das Gesetz gestattet für Mobiltelefone einen Grenzwert von 2 W/kg für
die spezifische Absorptionsrate. Bei LoRaWAN Geräten, die im Haushalt eingesetzt werden,
liegt der Abstand im Vergleich zu einem Mobiltelefon typischerweise bei dem 50- bis 10.000-
fachen - der Faktor für die Empfangsleistung folglich bei 1/2.500 bis 1/1.000.000. Für die
Bewertung der in den Körper eingestrahlten Energie muss das Produkt aus dem Vergleich der
Sendeleistung, der Sendedauer (also des Duty Cycles) und des Abstandes betrachtet werden.
Selbst die hier vorgestellte einfache Betrachtung zeigt, dass die durch LoRaWAN Geräte
eingestrahlte Energie im Vergleich zu Mobilkommunikation typischerweise bei weniger als
einem 10-Millionstel (der Berechnung folgend etwa 7 bis 12 Zehnerpotenzen niedriger) liegen
wird.
4) Ein weiterer Aspekt ist, welches Frequenzband verwendet wird. WLAN und Bluetooth senden
im 2,4 GHz Band, WLAN außerdem auch im 5 GHz Band. Das 2,4-GHz-Band wird auch von
Mikrowellenöfen verwendet, da diese Frequenz gut zur Erwärmung von Wasser geeignet ist.
Bei der Betrachtung von Strahlenbelastungen für den Menschen könnte dies eher bedenklich
sein. LoRaWAN Geräte arbeiten dagegen im 868 MHz Band, was auch in dieser Beziehung ein
weiteres Plus darstellt.
Entsprechend dieser Ausführungen kann davon ausgegangen werden, dass durch die LoRaWAN
Funktechnik keine Gesundheitsrisiken gegeben sind.
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