IoT in der Praxis mit LoRaWAN

Akademie Dillingen

20. Nationaler Akademietag - 23. April 2021

Prof. Dr. Hubert Högl (Hochschule Augsburg)

Maximilian Munz, Franz Refle, Wolfgang Trittner, Manfred Wolf (Bürgernetz Dillingen)

Zeitplan

Kleine Übersicht zu IoT und LoRaWAN (ca. 20 Minuten)

Vier Praxisteile P1 - P4 (je ca. 10 bis 15 Minuten)

P1. "CO2 Ampel" als Beispiel eines IoT Gerätes (Hardware)

P2. Programmierung der CO2 Ampel mit freier Software

P3. CO2 Ampel im LoRaWAN Netzwerk bekannt geben

P4. Zugreifen auf die Sensordaten

Bei Fragen gerne zwischendurch beim Moderator melden.

Vom Sensor zur Auswertung

Quelle: https://www.thethingsindustries.com/docs/

Übersicht zu IoT und LoRaWAN

Welche Dinge und Anwendungen?

Übliche IoT Merkmale

LPWAN

Low Power Wide Area Network [1]

Low Power bedeutet "Low Energy"!

Drei typische Repräsentanten:

(Das Bild stammt aus Rayes/Salam 2019)

Vergleich einiger technischer Daten

NB-IoT            Sigfox           LoRa/LoRaWAN

Band                    700-900 MHz        868 MHz          868 MHz

Bandbreite               200 kHz           200 kHz          125-500 kHz    

Datenrate                128 kbit/s        100 bit/s        290 b/s - 50 kb/s

Reichweite               < 10 km           2-20 km           2-10 km

Datenpaket               > 1000 byte       12 byte           51 byte

Stromverbrauch TX          ...               ...             40 mA

Stromverbrauch RX          ...               ...             10 mA

Standby                    mA                uA              uA

Infrastruktur           Netzbetreiber     Netzbetreiber      Freiwillige

Wie wenig Energie ist Low Energy?

Beispiel (aus [5]): AA Zelle: 1,2V, 2000 mAh, 2,4 Wh Energiegehalt (ca. 8640 Joule)

Geplante Laufzeit 10 Jahre. Reichen 3 Stück AA Zellen?

Ergebnis

LoRa

Lit.: [6], [8]

LoRaWAN

Lit.: [6], [7]

LoRaWAN Infrastruktur

(Bild aus M. Fink, Elektronik 7.2021)

MQTT

Integrations

Datenschnittstellen

Geschäftsmodelle von Dritten

Beispiel: Integration TTN Mapper

TTN Europa

TTN Community Augsburg

http://hhoegl.informatik.hs-augsburg.de/hhwiki/ttn

TTN Community Augsburg (2)

Sehr grosse TTN Communities

Praxisteil 1 - Hardware der CO2 Ampel

(Wolfgang Trittner)

Praxisteil 2 - Software für CO2 Ampel kompilieren

(Hubert Högl)

Praxisteil 3 - Gerät auf LoRaWAN Server (TTN) eintragen

(Franz Refle)

Praxisteil 4 - Auf die Daten zugreifen

(Hubert Högl)

Data Storage Integration mit Plot

https://www.thethingsnetwork.org/docs/applications/storage/index.html

MQTT / InfluxDB

Open-Source Werkzeuge für den Workshop

Jupyter, Matplotlib und Numpy stammen aus dem riesigen Open-Source Angebot der Programmiersprache Python (https://www.python.org). Wer sich damit befassen möchte, nimmt am besten die freie Anaconda Distribution, siehe https://www.anaconda.com/products/individual.

Literatur/Links

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Low_Power_Wide_Area_Network
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/LTE-M
[3] https://www.iis.fraunhofer.de/de/ff/lv/net/telemetrie.html
[4] https://de.wikipedia.org/wiki/Sigfox
[5] https://www.elektronikpraxis.vogel.de/lpwan-technologien-im-vergleich-a-832893
[6] https://www.elektronikpraxis.vogel.de/lorawan-im-detail-so-arbeitet-die-iot-funktechnik-a-836031
[7] https://lora-alliance.org/about-lorawan
[8] http://hhoegl.informatik.hs-augsburg.de/doc/lora-lit18.pdf
[9] https://lora-alliance.org/about-lorawan