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:
- Daten werden mehrfach gesendet, ohne auf Rückmeldung zu warten, Deep Sleep
- 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
- Gerät wertet Rückmeldung aus und versucht verschiedene Frequenzen und Modulationsarten im Fehlerfall
- 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