Einstieg - LoRaWAN in Ulm

Du willst wenn du deine Blumen das nächste mal gegossen werden sollten automatisch eine WhatsApp-Nachricht bekommen?
Du weißt manchmal nicht mehr wo du dein Fahrrad zuletzt abgestellt hattest und die aktuellen GPS-Koordinaten deines Rades würden dir dein Leben schon etwas leichter machen?
Du willst rausfinden, wie's deinem Bienenvolk so geht und ob die Honigproduktion voranschreitet – ohne jeden Tag raus an den Waldrand fahren zu müssen?
Und abgesehen von solchen ganz praktischen Anwendungen willst du gerne herausrausfinden, was dieses „Internet der Dinge” eigentlich ist bzw. bald mal sein kann?
Du willst wissen wie die dahinter steckenden Technologien und Konzepte funktionieren, ein Gefühl dafür bekommen, was diese Technik für Konsequenzen haben kann und dabei auch wirklich mitreden (können)?

Und du willst selber machen – gerne auch mit anderen zusammen?
… weil es geht!
… weil dir die Produkte, die du bisher gefunden hast, zu teuer sind oder gar nicht das machen was du eignetlich brauchst?
… weil du den Herstellern irgendwie nicht vertraust, was deine Daten angeht? Und du irgendwie nicht glaubst, dass sie dir in zwei Jahren noch Support für das teuer gekaufte Gerät bieten?
… weil du Spaß am Basteln hast und dabei auch gern neues lernst.

Dann bist du hier richtig.

Hier geht's um das The Things Network : ein Sensornetzwerk, das jeder für sich und seine Ideen nutzen kann. An dem auch jeder teilnehmen kann indem er z.B. zum „Netzausbau“ beiträgt. Und das in Ulm bereits flächendeckend zur Verfügung steht.

Nach einer kurzen Einleitung, die die Grundbegriffe erklärt und einem Abschnitt mit den „häufig gestellten Fragen“ geht es auf diesen Seiten vor allem darum, eine Orientierung zu den verschiedenen Bauteilen zu bieten, mit denen mensch basteln kann.

Wenn du einfach direkt loslegen willst und schnell einen ersten eigenen Sensor ausprobieren magst: hier entlang. Für's Verständnis empfehlen wir aber diese Seite einmal in Ruhe durchzulesen, denn es handelt sich um für die meisten recht neue Konzepte und Technologien.
Wenn du dann noch weitere Fragen hast oder deine Ideen einfach mal raus müssen gibt's in Ulm dann z.B. jeden zweiten Mittwoch einen TheThingsNetwork-Abend im Verschwörhaus – einfach im Kalender nachschaun und vorbeikommen.

Einleitung und die wichtigsten Begriffe

  • Das The Things Network , kurz TTN , ist ein Daten-Netzwerk, das vor allem für Sensoren gedacht ist. Es ermöglicht die von einem Sender in funkreichweite einer der Basisstationen gesendeten Daten komfortabel online abzurufen – im Webbrowser, mit einer App oder über eine andere technischere Schnittstelle/Protokoll/API, wie z.B. MQTT.
  • Daten sind hier also oft die Messwerte irgendeines Sensors , ein paar Beispiele weiter unten.
  • LoRa ist die Bezeichnung für das Funksystem, das bisher im The Things Network eingesetzt wird. LoRa wurde dafür entwickelt, Daten mittels Funk über weite Strecken und durch Hindernisse wie Wände und Häuser hindruch (bzw. daran vorbei) übertragen zu können. Dafür hat es z.B. im Vergleich mit dem altbekannten WLAN etwas andere Eigenschaften:
    • Eine größere Reichweite, meist im Bereich zwischen 2 und 15 km; der Weltrekord liegt aktuell bei 702 km, wofür natürlich sehr gute Bedingungen herrschten und eine direkt Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger bestand.
    • Dafür hat man aber eine wesentlich geringere Bandbreite zur Verfügung. Sprich es könne viel weniger Daten übertragen werden. Surfen in facebook oder Schreiben per WhatsApp geht nicht, aber z.B. alle fünf Minuten einen Temperaturwert wie 25,3 °C senden geht ganz gut.
    • Vorteilhaft ist wiederum, dass für eine Übertragung sehr wenig Energie benötigt wird und ein gut gebauter Sensor mit einer Batterieladung auch mehrere Jahren laufen kann.
  • LoRaWAN ist ein sogenanntes Netzwerkprotokoll, mit dem festgelegt wird, wie Datenpakete mit der LoRa-Funktechnik überragen weden.

Sender oder Nodes

Die Sender benötigen einen Funkchip und eine Antenne um Daten über LoRa abzusenden.
Die Daten stammen meist von irgendeinem oder mehreren Sensoren, z.B. für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Feinstaub oder ganz einfach von einem Taster.
Die Sensoren werden meist über einen Mikrocontroller, also einer Art kleiner Rechner (ohne Bildschirm, Tastatur, Maus etc.), mit dem Funkchip verbunden.
Ein Mikrocontroller ist ein kleiner Rechner der programmiert wird, um z.B. die Übertragung zu steuern oder die vom Sensor stammenden Messwerte vor der Übertragung aufzubreiten, z.B. um den Datenbedarf zu reduzieren.

Bei den Sensoren, Mikrokontrollern, Funkchips und Antennen gibt es eine größere Auswahl.
Es gibt Modelle für Anfänger und welche für Profibastler, es gibt Modelle mit einem sehr geringen Stromverbrauch, für die man dann noch eine passende Batterie und vielleicht ein kleines Solarpanel braucht oder welche, die sich eher zum ersten Experimentieren eignen und die man z.B. auf dem heimschen Schreibtisch am Handyladegerät bereiben kann.

Als Überblick und Entscheidungshilfe haben wir auf der Unterseite Bauteilüberblick die wichtigsten Informationen zu den Bauteilen zusammengeschrieben, die wir hier in Ulm selbst schon probiert haben oder verlinken Informationen von anderen Gruppen.

Basisstationen, auch Gateways

Die Basisstationen empfangen die von den Sensoren gesendeten Datenpakete.
Dazu lauschen Sie auf allen für den Standort (bei uns ist das die EU) festgelegten Frequenzen, um möglichst die Pakete aller Sensoren in Reichweite zu empfangen.
Da es sich aber zum ein Funksystem handelt kann es natürlich zu Störungen kommen und es kommen evtl. nicht alle abgeschickten Pakete vollständig korrekt bei einer Basisstation an, auch wenn eine in Reichweite ist.
Vollständig korrekt empfangene Pakete schickt die Basisstation, dann weiter ins gewohnte Internet (deshalb werden die Basisstationen auch Gateway genannt, ein „Tor“ oder „Durchgang“ vom LoRa-Funknetzwerk ins Internet).

Im Stadtgebiet von Ulm musst du dir für erste Versuche voraussichtlich keine Gedanken machen, ob eine Basisstation in Reichweite ist.
Seit Ende 2016 wurden Basisstationen aufgestellt und die ersten sechs deckten das Stadtgebiet schon weitgehend ab.
D.h. zumindest draußen solltest du Daten senden können, meistens klappt es aber auch von drinnen.

Wenn du eine eigene Basisstation aufstellen willst, findest du dazu auch mehr auf der Seite Bauteilüberblick.
Eine „vollständige“ Basisstation kostet jedoch einen dreistelligen Eurobetrag, das ist also leider (noch) nicht für jedemann etwas.