LoRaWAN

Telemetrie-System, ursprünglich entstanden aus der Erdöl-Industrie um Pumpstationen draussen um Feld fernsteuern und überwachen zu können. Ausgelegt auf weite Entfernung und hohe Latenzen, damit auch per Satelit nutzbar. Dafür ist die Bandbreite sehr niedrig – es geht um einfache Zustandsmeldungen und Schaltbefehle, dh. wenige Bytes. Wichtig ist die Sicherheit, damit das System nicht durch Fremdeinwirkung manipuliert werden kann.

Funkbereiche:

  • 25 – 125 mW Sendeleistung
  • 433 MHz: jeder darf machen, was er will, dh. hier sitzen viele andere Nutzer wie Babyphones, Funkkopfhörer etc.
  • 868 MHz: breiteres Spektrum als 433 MHz, pro Endgerät dürfen max. 2% der Sendezeit verwendet werden
  • 915 MHz in den USA verwendet, in Europa verboten
  • acht Modulationsarten mit unterschiedlich breiten Kanälen – je kleiner der Kanal, desto höher die Bitrate, desto kürzer die Reichweite
  • 292 bps – 50 kbps
  • Störsicherheit -120 dBm – -137 dBm

Endgeräte:

  • Bausteine für ca. 10 EUR, z.B. RFM95 Transceiver oder MakerHawk ESP32
  • muss acht Kanäle und acht Modulationsarten unterstützen (gem. Spezifikation)
  • Antenne z.B. von Wemo samt Mastschelle für ca. 30 EUR
  • Antennenleitung muss so kurz als möglich sen, dh. Senderbaustein direkt an die Antenne
  • sehr geringe Stromaufnahme (sofern nicht Klasse 4)
  • senden in der Regel unverschlüsselt
  • der Sender erwartet die Rückmeldung von einer bestimmten ID – Gateway oder Server – die vorher eingestellt wird – daher immer ID des Servers verwenden, damit der Transceiver des Gateways getauscht werden kann ohne dass der Sender umprogrammiert werden muss

Concentrator / Gateway:

  • kommuniziert mit dem Endgerät, ständig aktiv
  • stationäre Antenne an einem guten Standort (z.B. Dach)
  • empfangen die Daten der Endgeräte und übertragen diese ins LAN / Internet
  • Standorte in der Region: Lörrach Kanderner Straße, Rheinfelden Fecampring
  • schnellstes Gateway nimmt Daten entgegen und bestätigt, andere Gateways verwerfen dieses Paket und evtl. Wiederholungssendungen
  • Aufbau z.B. mit einem RFM95 Transceiver und einem Raspberry Pi oder Odroid, Anbindung des RFM95 per SPI, gekoppelt mit vier Max485 um die Verbindung per RS485 zu verlängern

Netzwerkserver:

  • nimmt die Daten vom Gateway per LAN / Internet entgegen
  • speichert / verarbeitet die Daten
  • speichert den „Last Will“ des Endgeräts – z.B. wenn ein Gerät länger als eine Stunde nicht sendet wird eine Aktion ausgelöst
  • überträgt bei der Anmedung des Endgeräts diesem den Initialzustand nach Stromausfall
  • kann via Gateway Endgeräte ansprechen (per ID)

Zugriffsteuerung

  • Kollisionsvermeidung: Geräte senden Datenpaket ab, dieses kommt aber nicht oder falsch an (Prüfsumme falsch), finden zwei Kollisionen hintereinander statt, wartet das Gerät eine zufällige Zeit bis es einen weiteren Sendeversuch übernimmt.
  • werden niedrige Latenzen benötigt, sendet das Gerät erst eine Präambel um die Verfügbarkeit des Kanals zu prüfen und alle anderen Geräte stummzuschalten, bevor es seine Daten sendet
  • jedes Gerät hat eine feste ID (vgl. MAC-Adresse) zur Adressierung

Klasse:

  1. Daten werden mehrfach gesendet, ohne auf Rückmeldung zu warten, Deep Sleep
  2. Daten werden regelmässig gesendet, wartet auf Rückmeldung ob OK oder nicht, bei Fehler wird eine zweite Übertragung getätigt, wenn diese wieder fehlschlägt wird aufgegeben und das nächste Zeitraster abgewartet
  3. Gerät wertet Rückmeldung aus und versucht verschiedene Frequenzen und Modulationsarten im Fehlerfall
  4. umfangreiche Fehlerbehandlung, Listen-before-Talk, Verschlüsselung, Geräte sind ständig aktiv, können daher auch angesprochen werden

The Things Network:

  • www.thethingsnetwork.org
  • Karte mit öffentlichen Gateways
  • betreibt auch öffentliche Server zum Empfang der Daten
  • Verein, spendenbasiert
  • weitere Premiumdienstleistungen wie Datenbanken kostenpflichtig