Aufbau eines LoRaWAN Testnetzes

24.07.2022

Der Einstieg in eine neue und vielversprechende Art der Datenübertragung

Was ist eigentlich LoRaWAN?

LoRa, was für LongRange steht, ist eine LPWAN-Funktechnologie. LPWAN steht wiederum für Low Power Wide Area Network. Auf Deutsch gesagt also eine Funktechnik mit hoher Reichweite bei geringem Energieverbrauch. LoRa ist aufgrund dieser Charakteristik perfekt geeignet für Anwendungen bei denen kleine Datenmengen regelmäßig über große Entfernungen gesendet werden müssen, ohne dabei nennenswert viel Strom zu verbrauchen. Das klingt nicht nur nach einem perfekten Match für Autoskope, wir waren schon vor einigen Jahren davon fest überzeugt, dass dies eine perfekte Ergänzung für Autoskope werden könnte. Ein Grund dafür ist die dadurch sinkende Abhängigkeit von den klassischen Mobilfunkanbietern. LoRa ist von Natur aus eine offene Technologie, die es dem Anwender in definierten Frequenzbereichen ermöglicht, Daten verschlüsselt zwischen Geräten auszutauschen - ohne einen zentralen Netzbetreiber. Aber wenn es keinen Netzbetreiber gibt, wer sorgt dann für die nötige Netzabdeckung? Genau hier lag bis vor einigen Monaten das Problem.

Ein offenes Netz in dem jeder zum Netzbetreiber werden kann

Mann oder Frau kann es sich so vorstellen: Wir haben ein Haus und auf dem Dach ein sogenanntes LoRa-Gateway (vergleichbar mit einem WLAN-Router) verbaut, welches Daten aus einem Umkreis von mehreren Kilometern empfangen kann. Unser Auto(skope) sendet vom Carport aus per LoRa seine aktuellen Statuswerte (Batteriespannung etc.) und unser Gateway leitet sie an uns weiter. Das ist schon mal schön. Unser Freund wohnt ein Dorf weiter und hat ebenfalls ein LoRa-Gateway, welches die Daten von seinem Wohnmobil in der Scheune empfängt. Nun würden wir uns doch freuen, wenn unser Auto auch im Nachbardorf seine Daten an uns übermitteln kann. Wir einigen uns also darauf das die jeweiligen Gateways auch die Daten des jeweils anderen weiterleiten. Dank der grundsätzlichen Verschlüsselung der Daten und der Verfügbarkeit eines entsprechenden Kommunikationsprotokolls für die Gateways untereinander gar kein Problem. Unser erstes LoRaWAN (LongRangeWideAreaNetwork) ist entstanden. Aber eins wird uns schnell klar, so wirklich nennenswert weit, vielleicht sogar über unseren Landkreis hinaus, werden wir mit diesem Ansatz nicht kommen.

TheThingsNetzwerk(TTN), Helium und andere kommerzielle Anbieter

Die ersten, die etwas größer gedacht haben, gründeten das Projekt "TTN-The Things Network". Es baut auf dem gleichen System auf wie unsere Dorfpartnerschaft - nur viel größer und automatisierter und anonymer. Enthusiasten, die sich mit LoRa für ihre Technikprojekte beschäftigten, meist privater Natur (z.B. Klimasensoren, Wasserstände, Verbrauchsmessung), öffnen ihre Gateways für die Gemeinschaft und im Gegenzug dürfen ihre Sensoren Daten auch über alle anderen Gateways der Gemeinschaft versenden. Es ist ein sehr idealistisches Netzwerk betrieben von Menschen mit Begeisterung für diese Technik, welches auch bis zu einem gewissen Grad gewachsen ist. Stand heute sind weltweit rund 21.000 Gateways aktiv. Für eine zuverlässige Nutzung auch außerhalb der großen Städte leider viel zu wenig. Zwischen 2018 und 2021 beobachteten wir die Entwicklung dieses zu dem Zeitpunkt größten Netzwerkes und erkannten: so wird das auch nicht.

Ein guter Standort für ein Gateway mit sehr hoher Reichweite ist draußen, weit oben. Zum Beispiel auf Dächern von Mehrfamilienhäusern, auf hohen Gewerbeobjekten, alten stillgelegten Schornsteinen oder aber auch in besonderen Lagen wie direkt an der Küste. Es lässt sich schon erahnen, alles Orte an denen die Montage wirklich Arbeit verursacht, Zeit und Ressourcen kostet und vor allem entsprechende Kontakte und Genehmigungen nötig macht. Für jemand der das ganze als Hobby betreibt also in der Regel unattraktiv. Und plötzlich war da Helium. Angetreten um TTN den Rang abzulaufen und LoRa endlich in der Fläche verfügbar zu machen. Weltweit. In nur zwei Jahren haben sie mehr als 400.000 Gateways in ihrem Netzwerk aufgenommen. Die Dinge laufen hier in dieser Gemeinschaft etwas anders, geschäftsmäßiger. Die Mitglieder lassen sich wohl am ehesten in drei Kategorien einteilen:

  • Gateway Betreiber, die selber keine Verwendung für LoRa, haben erhalten eine Vergütung, abhängig vom "Wert" ihres Gateways für das Netzwerk
  • LoRaWAN Nutzer die keinen Standort für ein Gateway haben und/oder eine überregionale Netzabdeckung benötigen, Privatpersonen aber vor allem auch Unternehmen, zahlen eine Gebühr für den Datentransfer ihrer Sensoren
  • Unternehmen die LoRaWAN in ihren Produkten einsetzen übernehmen den Betrieb von einem oder mehreren Gateways und die Vergütung gleicht sich im besten Fall mit den Kosten für den Datentransfer aus

Wir versogen Rostock mit LoRaWAN

Da wir LoRaWAN für unsere Fahrzeugortung aktiv einsetzen und zudem den Netzausbau unterstützen wollen, haben wir uns für letztere Option entschieden. Wobei, eigentlich war das auch obligatorisch. Natürlich brauchen wir ein Netz zum Testen unserer Geräte, aber die "Gemeinschaft" in Rostock bestand erstmal nur aus uns. Wir begannen also in unserem lokalen Netzwerk zu stöbern - wer hat einen geeigneten Standort oder kennt Jemanden der Jemand kennt der einen geeigneten Standort hat. Nächster Schritt, Amazon: Kletterausrüstung. Was dann folgte, war ein langer Lernprozess. Antennen, Frequenzen, Montagearten, kreative Stromversorgungen, geeignete wetterfeste Gehäuse, Argumentationspunkte (Warum soll ich dich etwas auf meinem Dach aufbauen lassen? Guuute Frage). Aber am Ende ist es uns gelungen, mit überschaubarem Kapital- und exorbitanten Zeitaufwand unsere schöne Hansestadt Rostock vollständig mit LoRaWAN zu versorgen.

Möglichkeiten für die Zukunft

Nach Fertigstellung unseres Autoskope V3 werden wir ein einfach zu installierendes Set, bestehend aus einem Gateway, Antenne und Montagematerial zusammenstellen. Damit können wir zukünftig einem Teil der Kunden weiterhelfen, die an ihrem regelmäßigen Standort kein Netzempfang, weder klassisch noch per LoRa haben. Das kann zum Teil in besonders entlegegenden Ecken aber auch in Tiefgaragen, besonders gut abgeschirmten Lagerhallen oder ähnlichem der Fall sein.