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Was ist LoRa/LoRaWAN:
LoRa ist eine Drahtlostechnologie wie z.B. auch WLAN, Bluetooth oder LTE. LoRa erfüllt die Nachfrage nach kostengünstigen, batteriebetriebenen Geräten, die Daten über große Reichweiten übermitteln können. Für die Übermittlung von Daten über große Bandbreiten ist LoRa jedoch nicht die geeignete Lösung. LoRa ist eine Technologie, die zu übermittelnde Daten in elektromagnetische Wellen umwandelt. Diese Modulationstechnik innerhalb von LoRa wird auch Chirp Spread Spectrum genannt und kommt in der Militär- und Raumfahrtkommunikation bereits seit Jahrzehnten zum Einsatz. Dies ist auf die lange Kommunikationsreichweite und die geringe Störanfälligkeit zurückzuführen.
LoRaWAN hingegen ist das MAC-Protokoll für das auf dem Internet of Things (IoT) basierende Netzwerk an LoRa-Knoten, die lange Reichweiten abdecken und einen geringen Energiebedarf aufweisen. MAC steht für „Media Access Control“, also die Netzzugangsschicht. Es nutzt die oben beschriebenen Vorteile von Lora und optimiert die Batterielebensdauer sowie die Servicequalität für die LoRa-Knoten. Das Protokoll ist vollständig bidirektional, wodurch eine zuverlässige Nachrichtenübertragung (Bestätigung) sichergestellt wird. Für Sicherheits- und Datenschutzzwecke, Over-the-Air-Registrierungen von Endgeräten und Multicast-Funktionen ist eine End-to-End-Verschlüsselung gegeben. Der Standard gewährleistet zudem eine Kompatibilität mit LoRaWAN-Netzwerken auf der ganzen Welt.
In Europa nutzt das LoRaWAN den Frequenzbereich 868 MHz. Dieser Bereich liegt in einem lizenz- und genehmigungsfreien Spektrum des ISM-Frequenzbandes. ISM steht hierbei für „industrial, scientific, medical“, was bedeutet, dass dieses Frequenzband insbesondere für Hochfrequenz-Geräte in Industrie, Wissenschaft, Medizin sowie in häuslichen und ähnlichen Bereichen genutzt werden kann. Die Reichweite zwischen Endgerät und Gateway kann je nach Umgebung, Topographie und Bebauung von ca. 3 km (Stadt), über ca. 6 km (Vororte) bis zu 13 km (ländliche Gebiete) betragen.
Ein LoRaWAN-Netzwerk besteht im Wesentlichen aus
- Endgeräten (sog. Nodes oder Knoten),
- Gateways,
- Netzwerkservern und
- Anwendungsservern.
Die Gateways fungieren als transparente Brücke, welche die Nachrichten zwischen den Endgeräten (z.B. Sensoren auf Arduino- oder esp32-Basis) und einem Netzwerkserver, auf welchem die eingehenden Daten aufbereitet und anschließend and den Anwendungsserver übergeben werden.
Die Grafik veranschaulicht das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten:
Schließlich ist noch auf "The Things Netzwork" (TTN) hinzuweisen. TTN ist eine Initiative, die es sich zum Ziel gesetzt hat, ein weltweites LoRaWAN zu etablieren. Insbesondere bietet TTN die Nutzung von Netzwerk- und Anwendungsservern an.
(Quelle: https://de.farnell.com/das-einmaleins-des-lorawan)
Mögliches Projekt: Mobiler Hotspot mit mobilem Gateway:
Linksammlung
LoRa-Grundlagen:
"LoRa und TheThingsNetwork" (Präsentation von Hubert Högl, Hochschule Augsburg)
"The Things Network (TTN) - Ein globales LoRaWAN Funknetz" (Präsentation von Gerhard Peter, Beuth University of Applied Sciences, Berlin
"IoT in der Praxis" (Technologiestiftung Berlin)
https://randomnerdtutorials.com/esp32-lora-rfm95-transceiver-arduino-ide/
https://www.instructables.com/id/ESP32-Long-Distance-LoRaWan/
Fertige Gateways:
Professionelle Gateways, z.B. Cisco, Tektelic
Zusammstellung über fertige Gateways
TTN-Gateway von Farnell
10-Kanal Gateway
Gateway von Voelkner
The Things Indoor Gateway
MikroTik Outdoor Gateway
Hacking TTIG:
Antenne 868 MHz:
Selbstbau-Gateways:
Raspi mit Dragino Hat
LoRa GPS Hat für den Raspi
RAK831 Raspberry Pi3 Gateway und RAK811 LoRaNode
pygate 8-Kanal LoRaWAN-Gateway
1-Kanal LoRaWAN-Gateway
Beispiele für Endgeräte, Nodes, Sensoren:
TTGO ESP32 Sensorboard
TTGO LM Beispielcode 1
TTGO LM Beispielcode 2
Feinstaubsensor
Paxcounter 1
Paxcounter 2
Paxcounter, Bauanleitung als PDF
Windgeschwindigkeit und -richtung
ein lieferbarer Sensor dazu
Wetterstation
Thermischer Strömungssensor
Günstiger Arduino Node z.B. für DS18B20 Temperatursensor
GPS-Tracker
Geigerzähler - und als PDF-Datei
Kombinierter Luftdruck-, Feuchtigkeits- und Temperatur-Sensor