LoRaWAN ist ein Funkprotokoll, welches sich besonders für Energieeffizienz, Sicherheit und große Reichweite auszeichnet. Man kann LoRaWAN teilweise mit APRS vergleichen, denn beide Technologien werden verwendet, um kleinere Datenpakete von Sensoren zu übertragen. Bei LoRaWAN sind diese Datenpakete zudem verschlüsselt und werden im lizenzfreien ISM-Band auf 868 MHz übertragen. Mittlerweile ist für praktisch jeden Einsatzzweck (GPS-Tracker, Wetterstation, Rauchmelder etc.) die passende Hardware am Markt verfügbar. Wir als Ortsstelle Villach zusammen mit der FIRAC haben bereits auf zwei Umsetzer-Standorten ein LoRaWAN-Gateway installiert und somit einen großen Beitrag zur LoRaWAN-Verfügbarkeit im Raum Villach und Umgebung geleistet. Auf dieser Seite möchten wir LoRaWAN kurz vorstellen und zusammenfassen, wie der Einstieg in LoRaWAN funktioniert.

LoRa vs. LoRaWAN
LoRa ist eine Modulationsart basierend auf einer Zirpenfrequenzspreizung (CSS). Das Wort LoRa setzt sich aus den Begriffen Low-Power und Wide-Range zusammen, was übersetzt für „energiesparend und reichweitenstark“ steht. LoRaWAN ist ein Protokoll, welches LoRa als Modulationsart verwendet und für den Datenpaket-Transport sowie für die Verschlüsselung zuständig ist. Das Protokoll LoRaWAN ist teilweise als OpenSource-Software verfügbar.

Einstieg in LoRaWAN
Um erste Versuche mit LoRaWAN durchführen zu können, wird ein Endgerät (Node bzw. Sensor) und ein Gateway in Reichweite benötigt. Ein eigenes Gateway ist grundsätzlich nicht erforderlich, kann aber für die Fehlersuche sehr hilfreich sein. Zudem trägt man damit auch aktiv zur Verfügbarkeit von TTN bei und baut das Community-Netzwerk weiter aus. Der TTN-Mapper zeigt auf einer Landkarte alle aktiven Gateways an. Damit erhält man eine Übersicht, wo sich das nächste Gateway befindet und kann abschätzen, ob TTN am gewünschten QTH bereits verfügbar ist.

Zunächst muss man sich einen kostenlosen Account bei TTN erstellen und sich dort einloggen. In der Application wird das Endgerät mit den beiliegenden Schlüsseln (DEV-EUI, APP-EUI & APP-KEY) registriert und kann direkt danach eingeschaltet werden. Je nach Endgerät muss eventuell noch ein Payload-Decoder eingebunden werden. Weitere Information dazu erhält man in der Regel vom Hersteller des Endgerätes.

LoRaWAN-Netzwerke speichern die empfangenen Daten sehr kurz und sind primär nur für den Transport der Datenpakete zuständig. Das bedeutet, dass sich der Anwender selbst um die Speicherung der Daten kümmern muss. Dazu gibt es sogenannte Integrations bei TTN, wo der Anwender festlegt, wohin die empfangenen Datensätze gesendet werden sollen. Dies kann entweder ein Server (z.B. Raspberry via MQTT) zu Hause sein oder ein Cloud-Dienst wie beispielsweise Ubidots, Datacake, TagoIO. Cloud-Dienste nehmen die Sensordaten entgegen und zeigen diese auf einem Dashboard an.

Wer erste Erfahrungen mit LoRaWAN und dem Netzwerk TTN machen möchte, kann z.B. auf Hardware von Dragino oder auf die LoRaWAN Experimentierplattform von ELV zurückgreifen. Vorteil von diesen Herstellern ist, dass sie für ihre Produkte eine gute Dokumentation anbieten und teilweise auch Anleitungen für die Ersteinrichtung bei TTN bereitstellen. Besonders Anfängern wird damit der Einstieg in LoRaWAN & TTN deutlich erleichtert.

Ein Beispiel aus der Praxis
Am Faakersee wurde im Sommer ein LoRaWAN-Sensor installiert, der neben Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit auch die Wassertemperatur misst und diese Messwerte alle 10 Minuten via LoRaWAN an TTN sendet. Es handelt sich hierbei um den Sensor LHT65 von Dragino, der mit einer Batterie ausgestattet ist, die laut Herstellerangabe mehrere Jahre halten soll. Vom Faakersee aus erreicht der Sensor die beiden Gateways Dobratsch & Gerlitzen. Sobald mindestens eines dieser Gateways die Daten empfängt, werden diese Daten an den Netzwerkserver von TTN weitergeleitet. Bei TTN wurde eine Integration (Schnittstelle) zu TagoIO eingerichtet, wo diese Daten abgespeichert und visuell auf deinem Dashboard dargestellt werden. Das nachfolgende Bild zeigt den Sensor am Faakersee mit dem Temperaturverlauf aus dem Dashboard von TagoIO:

Anhand dieses Beispiels erkennt man die Vorteile von LoRaWAN & TTN. Der Sensor läuft autark über mehrere Jahre mit einer Batterie und verursacht dabei kaum Betriebskosten. Das gleiche Projekt könnte man auch auf GSM-Basis realisieren, müsste jedoch deutlich öfter die Batterie wechseln und dafür noch einen eigenen Mobilfunk-Vertrag abschließen. Außerdem sind LoRaWAN-Sensoren deutlich günstiger als z.B. ein Modem für GSM oder APRS.