LoRaWAN-Knoten im IoT (Leseprobe) by Elektor

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LoRaWANKnoten im IoT Fertige und selbst aufgebaute Arduino-Knoten im TTN LoRaWAN hat sich als Kommunikationslösung im IoT hervorragend entwickelt. The Things Network (TTN) hat hierzu seinen Beitrag geleistet. Aktuell wird The Things Network auf The Things Stack Community Edition (TTS (CE)) aktualisiert. Die Cluster von TTN V2 werden gegen Ende 2021 geschlossen. Der Autor zeigt Ihnen die notwendigen Schritte, damit Sie in gewohnter Weise LoRaWAN-Knoten mit Hilfe von TTS (CE) betreiben und vielleicht auch das Netz der Gateways durch ein eigenes Gateway erweitern. Mittlerweile gibt es sogar für den mobilen Einsatz geeignete LoRaWAN-Gateways mit denen Sie über Ihr Mobiltelefon Verbindung zum TTN-Server aufbauen können. In diesem Buch werden eine Reihe kommerzieller und Arduino-basierter LoRaWAN-Knoten als auch neue, kostengünstige und für den Batteriebetrieb geeignete Hardware zum Aufbau autonomer LoRaWAN-Knoten vorgestellt. Die Registrierung von LoRaWAN-Knoten und Gateways im TTS (CE) sowie die Bereitstellung der erhobenen Daten über MQTT und die Visualisierung über Node-RED, Cayenne, Thingspeak und Datacake ermöglichen komplexe IoT-Projekte und völlig neue Anwendungen zu sehr geringen Kosten. Das vorliegende Buch versetzt Sie in die Lage, mit batteriebetriebenen Sensoren (LoRaWAN-Knoten) erfasste Daten drahtlos im Internet bereitzustellen und zu visualisieren. Sie lernen die Grundlagen für Smart-City- und IoT-Anwendungen, die beispielsweise die Messung von Luftqualität, Wasserständen, Schneehöhen, das Ermitteln von freien Parkfeldern (Smart Parking) und die intelligente Steuerung der Straßenbeleuchtung (Smart Lighting) u.a.m. ermöglichen.

Dr. Claus Kühnel studierte Informationstechnik an der Technischen Universität Dresden und hat über viele Jahre Embedded Systems für Geräte der Labordiagnostik u.a. entwickelt. In diesem interdisziplinären Spannungsfeld kam er mit der Maker-Szene in Berührung. Er hat zahlreiche Artikel und Bücher zu Hard- und Software von Mikrocontrollern im In- und Ausland veröffentlicht. Mit Leidenschaft befasst er sich mit neuen Technologien rund um das Thema Mikrocontroller.

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Claus Kühnel • LoRaWAN-Knoten im IoT

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LoRaWANKnoten im IoT Fertige und selbst aufgebaute Arduino-Knoten im TTN

Applicatiron Serve Gateway

End-Device a Connection LoR

Connection IP

Claus Kühnel

LoRaWAN-Knoten im IoT Fertige und selbst aufgebaute Arduino-Knoten im TTN

● Dr. Claus Kühnel

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1. Auflage 2021

Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autor dankbar.

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Erklärung

Autor, Übersetzer und Herausgeber haben sich nach besten Kräften bemüht, die Richtigkeit der in diesem Buch enthaltenen Informationen sicherzustellen. Sie übernehmen keine Haftung für Verluste oder Schäden, die durch Fehler oder Auslassungen in diesem Buch verursacht werden, unabhängig davon, ob diese Fehler oder Auslassungen auf Fahrlässigkeit, ein Versehen oder eine andere Ursache zurückzuführen sind und lehnen hiermit jegliche Haftung gegenüber Dritten ab. Umschlaggestaltung: Elektor, Aachen Übersetzung: Andreas Riedenauer Satz und Aufmachung: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL) Druck: Ipskamp Printing, Enschede, Niederlande

● I SBN 978-3-89576-467-7 Print

ISBN 978-3-89576-468-4 eBook

Elektor-Verlag GmbH, Aachen www.elektor.de

Elektor ist Teil der Unternehmensgruppe Elektor International Media (EIM), der weltweit wichtigsten Quelle für technische Informationen und Elektronik-Produkte für Ingenieure und Elektronik-Entwickler und für Firmen, die diese Fachleute beschäftigen. Das internationale Team von Elektor entwickelt Tag für Tag hochwertige Inhalte für Entwickler und DIYElektroniker, die über verschiedene Medien (Magazine, Videos, digitale Medien sowie Social Media) in zahlreichen Sprachen verbreitet werden. www.elektor.de

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Inhaltsverzeichnis Kapitel 1 • Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.1 LoRa-Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.2 LoRa-Reichweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.3 LoRa-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Kapitel 3 • LoRaWAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.1 LoRaWAN-Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 LoRaWAN-Geräteklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Class A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2 Class B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.3 Class C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3 LoRaWAN-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.4 LoRaWAN-Service Provider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.5 LoRaWAN-Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.6 LoRaWAN-Endgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Kapitel 4 • The Things Network (TTN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.1 TTN-Infrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.2 The Things Stack Community Edition TTS (CE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.3 Eigenes LoRaWAN-Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3.1 Heltec HT-M00 Dual Channel LoRa Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.3.2 Dragino LPS8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.4 LoRaWAN-Endgeräte anmelden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.5 Duty Cycle & TTN Fair Use Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.6 Payload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.7 Integrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.7.1 MQTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.7.2 Node-Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.7.2.1 Node-Red Installation unter Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.7.2.2 Node-Red Installation auf Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.7.2.3 Node-Red Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.7.3 Cayenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.7.4 ThingSpeak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

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LoRaWAN-Knoten im IoT 4.7.5 Datacake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Kapitel 5 • LoRa-Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.1 Semtech LoRa-Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2 LoRa-Transceiver Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.2.1 HopeRF RFM95/96/97/98(W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.2 Olimex LoRa868 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2.3 Microchip RN2483 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.2.4 Murata CMWX1ZZABZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Kapitel 6 • Reduzierung des Strombedarfs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Kapitel 7 • LoRaWAN-Knoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 7.1 Fertiggeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 7.1.1.Elsys ERS Lite - LoRaWAN Raumsensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 7.1.2 Dragino LHT65 Temperatur- & Feuchtigkeitssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 7.1.3 Dragino LDS01 Tür- & Fenstersensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 7.1.4 Dragino LDS02 Tür- & Fenstersensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.1.5 Dragino GPS Tracker LGT-92 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.1.6 tabs Healthy Home Sensor IAQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.1.7 Big Clown LoRaWAN Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.1.8 CleverCity Greenbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 7.2 Boards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 7.2.1 M5Stack ENV.II Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 7.2.2 The Things Uno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.2.3 Seeeduino LoRaWAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.2.4 Arduino MKR WAN 1300 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 7.2.5 Heltec WiFi LoRa 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 7.2.6 Heltec CubeCell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 7.2.6.1 Heltec CubeCell DevBoards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 7.2.6.2 Heltec CubeCell Capsule Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 7.2.7 M5Stack COM.LoRaWAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 7.2.8 M5Stack LoRaWAN868 Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.2.9 PaperiNode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 7.2.10 ATmega1284 TTN/LoRa Board V3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

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Kapitel 8 • Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 8.1 Allgemeine Begriffe .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 8.2 LoRaWAN-spezifische Begriffe . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 Kapitel 9 • Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Kapitel 10 • Referenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

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LoRaWAN-Knoten im IoT

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Kapitel 1 • Vorwort

Kapitel 1 • Vorwort Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist in aller Munde und verheißt massive Änderungen in unserem gesamten Umfeld. Die Auseinandersetzung mit jeder neuen Technologie ist insofern wichtig, dass man später nicht unvorbereitet mit diesen Dingen konfrontiert wird. Im Nachhinein lässt sich ein solches Gebiet möglicherweise nur schwierig erschließen. Das IoT definiert sich über die Vernetzung von Dingen (Sensoren, Embedded Systems), der damit verbundenen Schaffung von Mehrwert und schließlich darauf aufbauend neuen Geschäftsmodellen. Das verbindende Element sind erfasste und transportierte Daten. Mit den bislang zur Verfügung stehenden Technologien war das prinzipiell bereits möglich, allerdings nicht zu akzeptablen Kosten oder nur mit eingeschränkten Eigenschaften. Wenn beim oft beschworenen intelligenten Kühlschrank die IoT-Anbindung teurer als der Kühlschrank selbst wird, dann ist kaum Akzeptanz für ein solches Produkt zu erwarten. Die Grundeigenschaften eines IoT-Knotens, wie wir fortan unseren intelligenten Kühlschrank und ähnliche zu vernetzende Komponenten, also die Dinge an sich, bezeichnen, sind • • • •

große Reichweite, kabellose Verbindung zum Netzwerk, Batteriebetrieb mit langer Lebensdauer der Batterie und tiefer Preis.

Als IoT-Knoten werden vielfältige Objekte, Sensoren, Messgeräte, Überwachungsanlagen, Sicherheitssysteme u.v.a.m. bezeichnet. Das Low Power Wide Area Network (LPWAN) steht hier als Oberbegriff für viele unterschiedliche Kommunikations-Protokolle. Es gibt weitere, wie Ihnen Abbildung 1 anhand der weltweiten LPWAN-Verbindungen zeigt. Neben dem hier noch zu betrachtenden LoRa bzw. LoRaWAN stehen NB-IoT, Sigfox, LTE-M, Weightless, Symphony Link und einige andere im Wettbewerb.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Abbildung 1: Anzahl von LPWAN-Verbindungen weltweit In Abbildung 1 interessant ist die Dominanz von LoRaWAN und NB-IoT gegenüber den anderen LPWAN-Technologien. LoRaWAN ist eine offene LPWAN-Systemarchitektur, die von der LoRa AllianceTM, einer gemeinnützigen Vereinigung von mehr als 500 Mitgliedsunternehmen, entwickelt und standardisiert wurde. LoRa baut auf der Chirp Spread Spectrum (CSS) Modulationstechnik auf, die die Long-Range-Low-Power-Kommunikation ermöglicht. Darauf werde ich noch im Detail eingehen. NB-IoT hingegen arbeitet im lizenzierten Spektrum (also nicht kostenfrei) und nutzt, wie LTE, Frequency Division Multiple Access (FDMA) im Uplink, Orthogonal FDMA (OFDMA) im Downlink und Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)-Modulation. Beide Technologien können bei Quality of Service (QoS) konkurrieren. IoT-Anwendungen, die mehr Kommunikation erfordern, werden durch NB-IoT besser bedient, da NB-IoT keine Einschränkungen des Arbeitszyklus im lizenzierten Spektrum hat. NB-IoT weist allerdings höhere Total Cost of Ownership (TCO) im Vergleich zu LoRaWAN auf. Keine Angst vor den hier verwendeten Begriffen. Im Glossar am Ende des Buchs sind hierzu Erläuterungen zu finden. So viel zur Abgrenzung von LoRaWAN und NB-IoT. Wollen Sie den Vergleich der beiden LPWAN-Technologien weiter vertiefen, dann möchte ich Sie auf das Whitepaper mit dem Titel „LoRaWAN and NB-IoT: Competitors or Complementary?“ verweisen [5].

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Kapitel 1 • Vorwort

Es bleibt also festzuhalten, dass LoRaWAN eine verbreitete und unter bestimmten Bedingungen auch für jeden zugängliche und kostenfreie Möglichkeit zur Übermittlung von Daten eines IoT-Knotens ist und deshalb hier im Mittelpunkt der Betrachtungen steht. Im Gegensatz zu einigen anderen Protokollen ist der LoRa-Standard Open Source und nicht proprietär. Das ist einer der Gründe für das rasante Wachstum von LoRaWAN-Netzwerken über ganze Länder hinweg, beginnend in den Ballungszentren. In diesem Buch werden kommerziell angebotene Sensorknoten sowie mit einfachen Mitteln und zu niedrigen Kosten entwickelte LoRaWAN-Sensorknoten eingesetzt. Diese LoRaWANKnoten senden ihre Daten an einen LoRaWAN-Server. Von diesem sind sie dann abrufbar und in eine beliebige Anwendung integrierbar. Wenn Sie bislang mit einem Arduino erste Erfahrungen sammeln konnten, dann sind Sie bestens auf diese zukunftsträchtige Aufgabenstellung vorbereitet. Die Arduino IDE deckt alle hier betrachteten Mikrocontroller unterschiedlicher Architektur ab, so dass Sie hier nicht mit unterschiedlichen Entwicklungsumgebungen arbeiten müssen. Auf der Basis eines ESP8266-Mikrocontrollers von Espressif hatte ich zu einem früheren Zeitpunkt bereits gezeigt, dass man einen WiFi-tauglichen IoT-Knoten zu sehr geringen Kosten (es waren 15 US$) aufbauen kann [1]. Ich hatte damals mit einem direkt aus China bezogenen ESP8266 Node MCU gearbeitet. Mittlerweile gibt es auch hier genügend günstige Angebote, allerdings nicht zu vergleichbaren Preisen. Dass WiFi auf Grund der geringen Reichweite und des doch recht hohen Strombedarfs für einen batteriebetriebenen IoT-Knoten allerdings nur bedingt geeignet ist, war auch durch eigene Untersuchungen gezeigt worden [2][3]. Mit den hier vorzustellenden LoRaWAN-Knoten eröffnen sich vollkommen neue Möglichkeiten, wobei die Kosten nicht wesentlich höher liegen. Für das Internet of Things (IoT) ist eine weltweite Infrastruktur erforderlich, die die IoTKnoten zum Informationsaustausch verbindet. Schon heute begegnen uns diese Entwicklungen täglich. Denken Sie an Ihren Fitness-Tracker, der Sie an zu absolvierende Übungen erinnert oder Ihre Waage, die vor weiterer Gewichtszunahme warnt. Ihre Armbanduhr deckt gnadenlos ein mögliches Schlafdefizit auf und Ihr Mobilphone wird mit einer Corona Warn-App vielleicht einmal helfen, Covid-19-Infektionsketten zu unterbrechen. Schon mit diesen wenigen, willkürlich ausgewählten Beispielen zeigt sich die Komplexität der Anwendungen, die über den technischen Ebenen von Verbindungsaufbau und Datenaustausch anzuordnen ist. Um die letzteren Themen soll es in diesem Beitrag zu LoRa & LoRaWAN gehen.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

LoRaWAN hat sich als Kommunikationslösung im IoT hervorragend entwickelt. Für den Maker wie für den kommerziellen Einsatz hat The Things Network (TTN) viel dazu beigetragen. TTN ist ein globales kollaboratives IoT-Ecosystem, das Netzwerke, Geräte und Lösungen mit LoRaWAN erstellt. Mit der The Things Stack Community Edition (TTS (CE)) betreibt TTN jetzt ein offenes und dezentrales LoRaWAN-Netzwerk. Dieses Netzwerk ist eine großartige Möglichkeit, um mit dem Testen von Geräten, Anwendungen und Integrationen zu beginnen und sich mit LoRaWAN vertraut zu machen. Mit den hier vermittelten Erkenntnissen werden Sie in die Lage versetzt, Geräte und Gateways im TTS (CE) anzumelden oder Ihre bereits im TTN V2 befindlichen Geräte auf TTS (CE) zu migrieren. Zur besseren Lesbarkeit beachte ich bei der textlichen Darstellung die folgenden Konventionen: • Befehle und Ausgaben an die Konsole werden in Courier New dargestellt. • Eingaben über die Konsole erfolgen in Courier New fett. • Programm- und Dateinamen erscheinen kursiv. Lange Webadressen (URLs) werden oft durch den URL Shortener Bitly (https://bitly.com) verkürzt. Alle bestehenden Links wurden im Sommer 2021 überprüft. Da sich das Internet ständig verändert, kann nicht sichergestellt werden, dass diese Links funktionieren oder zum selben Inhalt führen wie zum Zeitpunkt der Aufnahme. Bitte informieren Sie mich über defekte Links. Die hier vorgestellten Programmbeispiele sind unter folgender URL auf GitHub abgelegt und können von dort heruntergeladen werden: https://github.com/ckuehnel/LoRaWAN-Node/tree/master/---%20Elektor%20--Altendorf, im Juli 2021 Claus Kühnel

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Kaptitel 2 • LoRa

Kapitel 2 • LoRa LoRa wurde speziell für die Anforderungen des IoT entwickelt und ist vor allem durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet [4]: • LoRa kann kleine Datenmengen per Funk mehrere Kilometer weit übertragen. • Die große Übertragungsdistanz wird mit minimaler Sendeleistung erreicht. • Durch den geringen Energiebedarf können Sensorknoten mit Batterien bestückt über mehrere Jahre autonom funktionieren. • LoRa ermöglicht eine bi-direktionale Kommunikation mit Datenraten von 0,3 bis 50 kbps. Datenübertragungen sind in einer städtischen Umgebung über Entfernungen von 2 bis 5 km möglich. In einer Vorort-Umgebung sind Übertragungen bis zu 15 km realisierbar. • Die Modulationsart von LoRa ist eine Ableitung der Chirp Spread Spectrum (CSS) Encoding-Technologie. Die Technologie nutzt die gesamte zugewiesene Bandbreite für das Senden eines Signals, um es über ein breiteres Band des Spektrums zu verteilen. Dies bedeutet, dass ein solches System auch bei einem niedrigen Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) betrieben werden kann. LoRa weist damit auch eine hohe Robustheit gegenüber Rauschen auf. • LoRa nutzt in Europa die lizenzfreien ISM-Bänder bei 433 MHz und 868 MHz (ISM = Industrial Scientific & Medical) • Dank integrierter Verschlüsselungstechnologie werden die Daten sicher übertragen und vor unerlaubtem Zugriff optimal geschützt. Wie diese Eigenschaften erreicht werden und welche Anpassungsmöglichkeiten LoRa bietet, werde ich Ihnen in den folgenden Abschnitten zeigen.

2.1 LoRa-Grundlagen LoRa ist eine proprietäre und patentierte Technologie der Semtech Corp., die aufbauend auf der Direct Sequence Spread Spectrum Modulation (DSSS) mit der Chirp Spread Spectrum (CSS) Modulation arbeitet. Durch die Modulation des Datenstroms (Bitfolge) mit einer Codesequenz (pre-defined bit pattern) wesentlich höherer Bitrate wird ein Ausgangssignal mit stark vergrößerter Bandbreite erzeugt. Die Bits der Codesequenz werden zur Unterscheidung von den Bits des digitalen Datenstroms Chirps genannt. Abbildung 2 zeigt die DSSS-Modulation und die damit verbundene Spreizung (Spreading) des zu übertragenden Frequenzbandes.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Abbildung 2: Direct Sequence Spread Spectrum Modulation (Bild: Semtech) Aus Abbildung 2 wird ersichtlich, dass die Bandbreite durch die Chip Rate bestimmt wird. Je größer die Chip Rate (d.h. je kleiner die Chip Time TChip), desto größer wird die resultierende Bandbreite:

Der Nachteil eines solchen DSSS-Systems ist, dass es einen hochgenauen Referenztakt benötigt. Die LoRa Chirp Spread Spectrum (CSS)-Technologie von Semtech bietet eine kostengünstige und stromsparende, aber dennoch robuste DSSS-Alternative, die keinen hochgenauen Referenztakt erfordert. Bei der LoRa-Modulation wird die Spreizung des Signalspektrums durch die Erzeugung eines Chirp-Signals erreicht, das sich kontinuierlich in der Frequenz ändert. Abbildung 3 zeigt die verwendeten Chirp-Signale.

Abbildung 3: Chirp Signal for LoRa-Modulation (Bild: mobilefish.com) Abbildung 4 zeigt ein unmoduliertes und ein moduliertes Signal im Vergleich.

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Kaptitel 2 • LoRa

Abbildung 4: LoRa-Modulation (Bild: mobilefish.com) Beim unmodulierten Signal geht die Frequenzänderung stetig von flow nach fhigh. Beim modulierten Signal hingegen kennzeichnet der Frequenzsprung das zu übertragende Symbol. Ein Symbol repräsentiert dabei ein oder mehrere Datenbits. Der Spreading Factor (SF) gibt an, wie viele Chirps verwendet werden, um ein Symbol zu codieren. Für die Symbolrate RS und die Bitrate Rb gelten damit folgende Beziehungen:

und Eine komplette LoRa-Message ist in Abbildung 5 dargestellt. Die LoRa-Message beginnt mit einer Preamble (Einleitung) mit acht Up-Chirps, gefolgt von zwei Down-Chirps zur Synchronisation (durch Pfeil markiert). Danach schließen sich die modulierten Daten an.

Abbildung 5: LoRa-Message (Bild: mobilefish.com) Das Format einer kompletten LoRa-Message zeigt schließlich Abbildung 6.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Abbildung 6: LoRa-Message-Format (Bild: mobilefish.com) Interessant ist, wie lange die Übertragung einer solchen LoRa-Message dauert. Die sogenannten Time-on-Air (ToA) oder Air Time berechnet sich nach folgenden Beziehungen:

mit Die Berechnung der Payload-Time ist etwas komplexer und kann am einfachsten mit einem entsprechenden Tool vorgenommen werden. Unter der URL https://www.loratools.nl/#/ airtime finden Sie einen Air Time Calculator. Ich habe mit diesem Air Time Calculator die zu erwartende Air Time für SF7 (Abbildung 7) und SF12 (Abbildung 8) bei einer Payload von 10 Byte berechnet. Da diese Berechnungen für das noch zu betrachtende LoRaWAN gelten, sind die entsprechenden Defaults auch schon berücksichtigt.

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Kaptitel 2 • LoRa

Abbildung 7: Air Time Berechnung für SF7 bei 10 Byte Payload

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Abbildung 8: Air Time Berechnung für SF12 bei 10 Byte Payload Erwartungsgemäß unterscheiden sich die Zeiten deutlich. In Tabelle 1 habe ich die Ergebnisse vergleichend gegenübergestellt. Time

SF7

SF12

Preamble Length

12.54 ms

401.41 ms

Symbol Time

1.02 ms

32.77 ms

Time on Air

41.22 ms

991.23 ms

Duty Cycle

0:04 min

1:39 min

Tabelle 1: Ergebnisse Air Time Calculator Es bleibt festzuhalten, dass bei einem hohen Spreading Factor die Übertragung einer LoRa-Message entsprechend lange dauert und damit auch einen erhöhten Energiebedarf aufweisen wird.

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Kaptitel 2 • LoRa

Durch die Duty Cycle Beschränkung im LoRaWAN können dadurch weniger oft LoRa-Messages verschickt werden. Hierauf werde ich später noch eingehen. Eine Zusammenfassung der LoRa-Spezifikationen für Europa EU868 zeigt Tabelle 2. Parameter

Wert

Frequenzband

867 bis 869 MHz

Kanäle

Kanalbandbreite Upstream

125/250 kHz

Kanalbandbreite Downstream

125 kHz

TX-Leistung Upstream

+14 dBm

TX-Leistung Downstream

+14 dBm

Spreading Factor Upstream

7 bis 12

Datenrate

250 Bit/s bis 50 Kbit/s

Link-Budget Upstream

155 dB

Link-Budget Downstream

155 dB

Tabelle 2: LoRa-Spezifikationen für Europa EU868

2.2 LoRa-Reichweite Das Link-Budget gibt die Qualität eines Funk-Übertragungskanals an. Über ein einfaches Modell lässt sich das Link-Budget durch Addition der Sendeleistung (Transmitter Power, Tx), der Empfängerempfindlichkeit (Receiver Power, Rx), des Antennengewinns auf Sender- und Empfängerseite und der Freiraumdämpfung (Free Space Path Loss, FSPL) errechnen (Abbildung 9) [6].

Abbildung 9: LoRa Link Budget (Bild: smartmakers.io) Die Freiraumdämpfung (FSPL) besagt, wie viel Energie auf einer Entfernung zwischen Sender Tx und Empfänger Rx im freien Raum verloren geht. Je weiter die Entfernung zwischen Tx und Rx, desto niedriger ist die verbleibende Energie.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Mit der Freiraumdämpfung wird versucht, die Stärke eines HF-Signals in einer bestimmten Entfernung vorherzusagen. Dies ist ein theoretischer Wert, da es in der realen Welt viele Hindernisse, Reflexionen und Verluste gibt, die bei der Schätzung des Signals an einem Standort berücksichtigt werden müssen. Der FSPL ist jedoch eine gute Näherung zum Schätzen des Signalverlusts bei der Ausbreitung durch den freien Raum. Es gilt die Beziehung:

mit d = Entfernung zwischen Sende- und Empfangsantenne, f = Sendefrequenz, GTx = Antennengewinn der Sendeantenne und GRx = Antennengewinn der Empfangsantenne. Mit dem FSPL Calculator (https://www.everythingrf.com/rf-calculators/free-space-pathloss-calculator) wird die Berechnung deutlich vereinfacht. So bekommt man beispielsweise bei einer Entfernung von 1 km zwischen Sende- und Empfangsantenne eine theoretische Freiraumdämpfung von ca. 91 dB (Abbildung 10).

Abbildung 10: FSPL Calculator

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Kaptitel 2 • LoRa

Empfängerseitig (Rx) ist die Empfindlichkeit des Empfängers die Größe, die das Link-Budget beeinflusst. Die sog. Rx-Empfindlichkeit bezeichnet die minimal mögliche Empfangsleistung und Toleranz für thermisches Rauschen und wird folgendermaßen berechnet:

mit BW = Bandbreite in Hz, NF = Rauschfaktor in dB und SNR = Signal-Rausch-Verhältnis, welches angibt, wie weit das Signal über dem Rauschen liegen muss. Mit den Werten aus [6] Tx-Leistung = 14 dBm BW = 125KHz = 10 log10(125000) = 51 NF = 6 dB (die Gateways in LoRaWAN-Netzwerken haben niedrigere NF-Werte) SNR = -20 (für SF=12) erhalten wir eine Rx-Empfindlichkeit = – 174 + 51 + 6 – 20 = -137 dBm. Für das Linkbudget LB gilt

und mit den genannten Werten dann ein Wert von -151 dB. Zur Optimierung von Datenraten, Sendezeit und Energieverbrauch im Netzwerk dient der Adaptive Data Rate (ADR) Mechanismus, der die folgenden Übertragungsparameter eines Endgeräts steuert: • Spreading Factor • Bandbreite • Übertragungsleistung ADR kann den Stromverbrauch von Geräten optimieren und gleichzeitig sicherstellen, dass Nachrichten weiterhin von Gateways empfangen werden. Wenn ADR verwendet wird, zeigt der Netzwerkserver dem Endgerät an, dass er die Sendeleistung reduzieren oder die Datenrate erhöhen soll. Endgeräte in der Nähe von Gateways sollten einen niedrigeren Spreading Factor und eine höhere Datenrate verwenden, während weiter entfernte Geräte einen hohen Spreading Factor verwenden sollten, da sie ein höheres Link-Budget benötigen. ADR sollte immer dann aktiviert werden, wenn ein Endgerät ausreichend stabile HF-Bedingungen hat. Dies bedeutet, dass es generell für statische Geräte aktiviert werden kann.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Die Endgeräte entscheiden, ob ADR verwendet werden soll oder nicht, nicht die Anwendung oder das Netzwerk. Die eingesetzten Antennen können noch einen zusätzlichen Antennengewinn als Beitrag zum Linkbudget bringen. In der Regel werden Stabantennen mit einer Abstrahlcharakteristik eingesetzt, die an einen Donut erinnert (Abbildung 11).

Abbildung 11: Antennencharakteristik Stabantenne Die Sendeantenne strahlt den Großteil ihrer Leistung seitlich ab, nach oben und unten ist die Abstrahlung geringer. Bei der Empfindlichkeit der Empfangsantenne verhält es sich vergleichbar. Sende- und Empfangsantenne sollten deshalb zumindest in etwa in einer Ebene angeordnet werden. Zusammenfassend kann folgendes festgehalten werden: • Die maximale Reichweite einer LoRa-Übertragungsstrecke wird durch das Linkbudget bestimmt. • Durch die Freiraumdämpfung wird die Reichweite begrenzt. • Hindernisse, die Reflexionen und Brechungen hervorrufen, verkürzen die Reichweite zusätzlich. • Antennengewinn hilft die Reichweite zu vergrößern. • Bei der Ausrichtung der Antennen ist die Antennencharakteristik zu beachten, damit die Abdeckung gesichert ist. Die hier vorgenommene Darstellung ist rein theoretischer Natur. Eine praktische Vertiefung kann in [7] nachgelesen werden. Dort wird gezeigt, wie sich das Übertragungsverhalten in realer Umgebung verändert und was ggf. von vornherein zu beachten ist.

2.3 LoRa-Kommunikation Auf Basis von LoRa-Knoten kann ein einfaches Peer-to-Peer Netzwerk aufgebaut werden, in dem alle Knoten gleichberechtigt sind. Abbildung 12 zeigt ein solches Netzwerk, in dem jeder Knoten alle Mitteilungen anderer Knoten empfängt.

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Kaptitel 2 • LoRa

Abbildung 12: Peer-to-Peer Netzwerk In meinem Arduino-Handbuch [8] hatte ich eine reine LoRa-Datenübertragung beschrieben, die den in Abbildung 13 gezeigten Aufbau hatte. Für den Test bin ich von einem Sensorknoten ausgegangen, der mit einem DHT11-Sensor Temperatur und Feuchtigkeit erfasst und diese Werte exemplarisch über LoRa an zwei Empfänger sendet. Eine Adressierung der Empfänger ist nicht vorgesehen (Broadcasting). Grundsätzlich können Sie für die Empfängerknoten die gleiche Hardware wie für den Sensorknoten einsetzen. Ich habe aus praktischen Gründen Wemos-TTGO-Devices eingesetzt.

Abbildung 13: LoRa-Funkstrecke Neben der Einbindung des ESP32 in die Arduino IDE müssen Sie noch die LoRa-Node- und die esp8266-oled-ssd1306-Library einbinden. Zum Test der LoRa-Verbindung können Sie die Programme Heltec_LoRa32_Transmit.ino und Heltec_LoRa32_Receive.ino aus dem Repository verwenden. Wollen Sie auf Sensor und OLED verzichten, dann können Sie auch die Programme LoRaSender.ino und LoRaReceiver. ino verwenden.

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LoRaWAN-Knoten im IoT

Kapitel 9 • Index 1.1\“-ePaper-Display 198 7\“-Display 64 Heltec CubeCell Langzeittest 82 A ABP 42, 200 ABP-Aktivierung 161 Achim Kern 187 Activation By Personalization 42 Adafruit SHT31 Library 130 Adaptive Data Rate 21 Air Time 16 Antennencharakteristik Stabantenne 22 Antennengewinn 22 Anwendung 189 m5-stack-lorawan 189 AppEUI 41, 190 AppKey 45, 190 Arduino LMiC Library 205 Arduino MKR WAN 1300 149 Firmware Update 151 Getting started 151 Live Data 157 Package 150 ASR650x 169 ASR650x-Arduino Library 177 ASR6501 Stromverbrauch 184 ATmega328pb 198 Sleep Mode 81 ATmega1284_DevEUI.ino 204 ATmega1284p 202 Einstellungen 204 ATmega1284_TTN_OTAA_Sleep.ino 204 Ausgaben am OLED-Display 167 B Batterie-Lebensdauer Abhängigkeit von der Datenrate Blockdiagramm Dragino LPS8 RN2483 SX1276

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48 38 78 75

BMP280 Library Bosch Sensortec BME680

130 111

C Capsule_LoRaWan.ino 173, 177 Cayenne 65 Account 66 Activation Mode 66 Dashboard 65, 67 Cayenne Low Power Payload 145 CayenneLPP 65, 145 Datenstruktur 66 Länge Payload 146 Visualisierung 149 ChannelMask 178 ChipID 161, 169, 178, 190 Chirp-Signal 14 Chirp Spread Spectrum 10, 13 Chirp Spread Spectrum Modulation 24 Class A Devices 26 Class B Devices 26 Class C Devices 26, 124 CO2-Gehalt der Raumluft 112 COM.LoRaWAN 184 CubeCell ½ AA Node HTCC-AB02A 171 CubeCell_LoRaWAN.ino 173 D Datacake 69 API Token 72 Dokumentation 73 Visualisierung auf dem Desktop 74 Visualisierung auf dem Smartphone 74 Datenrate 47 Debug Board 176 am CubeCell Capsule 177 DevAddr 41 DevEUI 41, 190 abgeleitet aus DS2401 204 abgeleitet aus DS2401 200 Seeeduino LoRaWAN 145 DeviceInfo.ino 136 Direct Sequence Spread Spectrum Modulation 14

Kapitel 9 • Index

Distributoren 31 Dragino LDS01 100 EUIs & Keys 101 Registrierung 102 Dragino LDS02 106 Dragino LGT-92 106 Dragino LHT65 92 Lieferumfang 94 Dragino LPS8 38 DraginoLPS8 Konfiguration 39 Dragino LPS8 Indoor LoRaWAN Gateway 33 Duty Cycle 46 E Elsys ERS-lite Payload Decoder Elsys ERS Lite Elsys ERS-Raumsensoren Elsys NFC Settings Specifications End Device M5Stack-COM.LoRaWAN End Device Description End Device ID End Device Namen ENVII Sensor Unit ENV.II Unit Grove Kabel ESP32 Deep Sleep

92 85 85 90 190 43 43 43 185 139 83

F Fair Use Policy 47 Freiraumdämpfung 19 Frequenzplan 44, 140 FSPL 19 FTDI-Programmer 199 FTDI-USB-UART-Programmer 94 G Gateway 27 GatewayEUI 41 GetChipID.ino 161 Glossar 216 Greenbox 124

Registrierung Clas C Device 126 Schalten von Relais 127 GreenBox Compact 3 125 Grove-Anschluss 129 Grove Shield für Seeeduino XIAO 130 H Hackster 187 HDC1080 176 HelTec Automation 158 Heltec CubeCell 82 Deep Sleep 83 Langzeittest 172 Stromaufnahme 172 Heltec CubeCell ½ AA Node HTCC-AB02A 171 Heltec CubeCell Boards Arduino Integration 169 Heltec CubeCell Capsule 176 Live Data 183 Setup 177 Heltec CubeCell Capsule Sensor 176 Heltec CubeCell Capsule Solar 176 Heltec CubeCell Dev-Board HTCC-AB01 170 Heltec CubeCell Dev-Board Plus HTCC-AB02 171 Heltec CubeCell Serie 169 Heltec ESP32 Library 159 Heltec HT-M00 33 Dokumentation 35 Konfiguration 36 Traffic 36 Heltec_LoRa32_Receive.ino 23 Heltec_LoRa32_Transmit.ino 23 Heltec_Lora32_ttn_abp.ino 160 Heltec_LoRa32_ttn-abp.ino 161, 164 Heltec WiFi LoRa 32 158 Anschlussbelegung 158 Live Data 168 HopeRF RFM95/96/97/98(W) 76 HSN-TTN ATmega1284p Ausgabe über Console 213 Live Data 213 Payload 213 Pin Mapping 207

● 219

LoRaWAN-Knoten im IoT

Registrierung 205 HSN-TTN ATmega1284p Sensorknoten 202 I Indoor Air Quality Index 112 Infrastruktur 27 Integrations 52 Internet der Dinge 9 Internet of Things 9 IoT-Knoten batteriebetrieben 80 Grundeigenschaften 9 WiFi-tauglich 11 ISM-Band 13 J Join-Prozedur 42 JSON-Objekt 62 K Kommunikationsmodul RHF76-052AM 143 Konfiguration über NFC 88 L Ladeinfrastruktur LiPo-Akku 83 LDS01 Bugfix der Firmware 105 Live Data 104 Lebensdauer der Batterie 47 Leistungsbedarf 80 LGT-92 EUIs & Keys 108 Live Data 110 LHT65 Downlink-Konfiguration 99 Konfiguration 95 Live data 100 Live Data 98 Programmierkabel 94 Registrierung 96 Light WS2812 Library 205 LiPo-Akku 158 LMiC Arduino-Bibliothek 160 LMiC Library 161

● 220

LoRa 13, 27 Energiebedarf 13 Modulation 13, 15 Übertragungsdistanz 13 LoRa AllianceTM 10 LoRa-Datenübertragung 23 LoRa-Funkstrecke 23 LoRa-Konzentrator 28 LoRa-Message Format 15 LoRaReceiver.ino 23 LoRaSender.ino 23 LoRa-Tester 120 Live Data 123 LoRa Tester Basic-Kit 120 LoRa-Transceiver 75 LoRa-Transceiver-Modul 75 LoRaWAN 10, 24, 27 Kommunikation 27 Service Provider 28 LoRaWAN868 Unit Live Data 197 LoRaWAN868_Unit_XIAO.ino 193 lorawan_def.h 200 LoRaWAN-Endgeräte kommerziell verfügbare 84 LoRaWAN_ENVII_Template.ino 131 LoRaWAN-Gateway eigenes 33 LoRaWAN-Geräteklassen 25 LoRaWAN-Knoten 84 Poitionierung 124 LoRaWAN-Library Seeeduino LoRaWAN 144 LoRaWAN-Modul 128 LORIOT 27 Low Power Library 205 Low Power Wide Area Network 9 lpp.addBarometricPressure() 147 lpp.addRelativeHumidity() 147 lpp.addTemperature() 147 lpp.reset() 147 LPWAN 9 Verbindungen weltweit 10

Kapitel 9 • Index

M M5Stack 184 M5Stack Basic Core 185 M5Stack COM.LoRaWAN manuelle Registrierung 185 M5Stack-COM.LoRaWAN Live Data 190 m5stack_core_ttn_sensornode_v1_ 03_ino.ino 185 M5Stack ENV.II Unit 129 Spezifikationen 129 M5Stack LoRaWAN868 Unit 191 Media Access Schicht 24 Microchip RN2483 77, 136 Mightyboard 203 Mighty Core Package 203 Mike Lavalle 202 MKR1300WAN_ENVII.ino 154 MKR Connection Carrier Board 150 mkrwan_01_get_deveui.ino 152 mkrwan_02_hello_world.ino 153 MKRWANFWUpdate_standalone.ino 151 MKRWAN Library 150 mobiler Hotspot 37 MOX-Sensor 111 MQTT 56 MQTTlens 54 MQTT-Server 52, 53 Murata CMWX1ZZABZ 79 N NB-IoT 10 NDIR-Sensor 112 Neopixels 185 NFC-Reader 89 NFC Tools PRO 89 Node-Red 55 Anwendung 61 Dashboard 64 Flow 61 for Raspberry Pi 58 for Windows 56 Installationsscript 59 Palette 61 Web-GUI 58

O OLED 158 OLED-Display 158 OLED Library 161 Olimex LoRa868 76 Online Air Time Calculator 52 Open Source 11 OpenWeatherMap 61 OTAA 42 OTAA-Parameter 178 Over-The-Air Activation 42 P Paketgröße 47 Paketweiterleitung 28 PaperiNode 198 Live Data 201 PaperiNode_DevEUI.ino 200 Payload 47, 48, 168, 180, 185, 191, 194, 197, 201 Preparation 140 Payload Format Elsys 91 Payload formatter 49, 191 Peer-to-Peer Netzwerk 22 PIR Sensor 185 Pitch und Roll 110 Pololu A-Star 328pb 199 Powershell 56 Preambel 35 prepareTxFrame() 180 Q Quality of Service

R Raspberry Pi OS 59 Raspbian 59 Received Signal Strength Indicator 51 Registrierung manuell 42 Seeeduino LoRaWAN 145 ResIOT 27 RSSI 51, 123 Rundsteuerung (TRA) 124

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LoRaWAN-Knoten im IoT

S SAMD21 Sleep 83 SD-Card 188 Seeeduino LoRaWAN 143 SeeeduinoLoRaWAN_OTAA.ino 146 Seeeduino XIAO 130, 192 Sensor Settings 88 Signal-Rausch-Verhältnis 51 SNR 51 Sodaq SHT2x Library 205 Solar-betriebener LoRaWAN-SensorKnoten 172 Spreading Factor 15, 51 Star-Topologie 24 ST-LINK/V2 94 ST-LINK v2 Programmer 108 SuperCap 198 SX1276 143

ThingSpeak 68 Channel 68 Time-on-Air 16 Total Cost of Ownership 10 Transmission Cycle 140 TTN 12, 28 Bilanz April 2021 30 Bilanz nach drei Jahren 30 Gateway Mapping 31 Infrastruktur 31 TTN_esp32 Library 160 TTN-esp32 Library 159 TTS (CE) 12 TTU_ENVII.ino 140 TTU_SentOTAA.ino 139

T tabs Healthy Home Sensor IAQ 111 LoRaWAN Keys 114 Temperature LM75 Derived Library 205 Terminalprogram HTerm 122 Terminalprogramm PuTTY 95 The Things Indoor Gateway TTIG-868 33 The Things Industries 32 The Things Network 12, 28, 32 TheThingsNetwork Library 136 The Things Stack Community Edition 33 The Things Stack Community Edition 12 The Things Stack (TTS) 32 The Things Uno 135 Device Information 137 Live Data 139, 142 Things Network Nodes for Node-RED 56 Thingspeak 115 Channel Settings 115 iFrame 119 Public View 69, 119 Write API Key 116 Write-API-Key 68

W Web-GUI 56 Webhook 53 Webhook Templates 53 Wire Library 177

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U U8g2 Library 161 userChannelsMask 37

X XIAO_Terminal.ino 192

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Elektor Verlag GmbH www.elektor.de

Claus Kühnel • LoRaWAN-Knoten im IoT

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LoRaWANKnoten im IoT Fertige und selbst aufgebaute Arduino-Knoten im TTN

Applicatiron Serve Gateway

End-Device a Connection LoR

Connection IP

Claus Kühnel

LoRaWAN-Knoten im IoT (Leseprobe)

Articles inside

Kapitel 1 • Vorwort

Kapitel 2 • LoRa

Kapitel 4 • The Things Network (TTN