Im Oktober 2020 haben das Repaircafé und der Chaostreff Hilpoltstein ihr erstes LoRaWAN-Gateway im Haus des Gastes in Betrieb genommen. In Ermangelung eines festen Standorts wurde zuerst eine Fensterbank im zweiten Stockwerk gewählt, um eine erste Abdeckung der Stadt zu ermöglichen.
Dieses Provisorium hat nun im Januar 2021 ein Ende gefunden: Wir haben das Gateway im Dachboden des HdG fest montiert.

Was ist LoRaWAN eigentlich?

LoRaWAN ist ein Funk-Netzwerkprotokoll im 868 MHz-Band, welches auf dem proprietären Übertragunsverfahren namens “LoRa” der Firma Semtech beruht.
Es ist für die einfache und sichere Anbindung von Devices - den sogenannten “Nodes” - ans Internet der Dinge (IoT) konzipiert und zeichnet sich durch eine hohe Reichweite bei minimalem Energieverbrauch aus:
LoRaWAN-Nodes können unter idealen Bedingen eine Reichweite von bis zu 15 km im ländlichen- und bis zu 2km im städtischen Raum erreichen. Dabei ist gleichzeitig eine Batterielebensdauer von mehreren Monaten oder sogar Jahren möglich.

Diese Leistungen kommen natürlich zu einem Preis:
LoRaWAN unterstützt in Europa lediglich eine Übertragungsrate von bis zu 50 kBit/s. Gleichzeitig ist die Sendedauer- und Leistung im 868 MHz-Band begrenzt. Für Sensoren, die nur alle paar Minuten sehr kleine Datenpakete senden ist dies jedoch kein Problem.

Die Architektur bei LoRaWAN ist in vier Hauptbereiche aufgeteilt:

• Die Nodes sind Sensoren oder andere IoT-Geräte, die ihre Daten ins Internet der Dinge senden möchten oder Steuerbefehle aus diesem erhalten sollen. Datenpakete werden auf dem Node verschlüsselt und an alle verfügbaren Gateways in der Umgebung gefunkt. Hier kommt das eigentliche LoRa-Protokoll zum Einsatz.
• Gateways in der Nähe empfangen die gesendeten Daten und leiten diese ins Internet an ihre konfigurierten Provider weiter.
• Der Provider überprüft, ob die gesendeten Daten zu einer bei ihm registrierten Applikation gehören. Ist dies der Fall, wird das Datenpaket entgegengenommen und an die entsprechende Applikation weitergeleitet.
  Im Chaostreff haben wir uns hier für The Things Network als Provider entschieden. TTN ist ein Community-Projekt mit dem Ziel, ein öffentlich verfügbares, globales LoRaWAN-Netzwerk zu schaffen und zu betreiben.
• Am Ende des Datentransfers steht die Anwendung, die die Daten empfängt, aufbereitet und auswertet. Was genau mit den empfangenen Daten geschieht ist Sache der Anwendung - häufig finden sich hier Dashboards oder automatische Abläufe, die auf die eingehenden Daten reagieren.

Weitere Infos zum Thema LoRaWAN und unserem Projekt im Chaostreff werden wir nach und nach in unserem Wiki veröffentlichen.

Von der Fensterbank ins Dachgeschoss

Als wir unser Gateway im Oktober 2020 in Betrieb nahmen, gab es noch keinen fest zugesicherten Standort - also musste ein Provisorium her. Der Raum des Repaircafés im Haus des Gastes war hierfür ideal: Das HdG ist sehr zentral in Hilpoltstein gelegen und liegt auch etwas erhöht, sodass man von dort aus eine gute Rundumsicht über das Stadtgebiet hat. Um zumindest in eine Richtung eine gute Empfangs- und Senderleistung zu erreichen wurden das Gateway und seine Antenne auf eine der Fensterbänke verfrachtet, wo sie seitdem fleißig ihren Dienst verübten.

Trotz der dicken Mauern dieses historischen Gebäudes war immerhin ein großer Teil des Stadtgebietes nun mit LoRaWAN versorgt, sodass die Teilnehmer des Chaostreffs ihre ersten Gehversuche mit dieser Technik unternehmen konnten. Unsere Reichweiten-Messungen, die wir über TTNMapper durchgeführt haben sahen bereits recht vielversprechend aus. Dennoch kann man auf der Karte auch sehr gut die Ausrichtung des Fensters nach Nord-West nachvollziehen: Westlich des HdG besteht ein guter Empfang während östlich nach einigen hundert Metern wortwörtlich Funkstille herrscht:

Von Anfang an war uns klar: Wir benötigen einen besseren Standort - nicht nur, um mehr Reichweite zu bekommen, sondern auch um die etwas klapprig wirkende Konstruktion von der Fensterbank zu verbannen. Die Frage war nur: wo? Das Haus des Gastes ist denkmalgeschützt - dementsprechend ist es schwierig, das Gateway außen anzubringen (auch wenn es an sich outdoorfähig ist). Selbst ohne Denkmalschutz würde eine außen angebrachte Antenne das schöne Haus nur verschandeln.

Zum Glück hat das HdG einen großen, nicht ausgebauten Dachboden, welcher sich über drei Ebenen erstreckt. Strom ist vorhanden und da die Konstruktion fast komplett aus Holz besteht sollte der Empfang um einiges besser funktionieren als hinter dickem Mauerwerk aus Sandstein. Zusätzlich fanden wir bei einer Begehung einen ungenutzten Metallmast, der sich als ideal für die Montage von Gateway und Antenne herausstellte.

Nach Absprache mit dem Landratsamt Roth war es nun am 26. Januar 2021 soweit:
Dank der tatkräftigen Hilfe unseres Chaostreff-Mitglieds Tracer konnten wir nun endlich dem Provisorium ein Ende machen und das Gateway im Dachboden montieren.

Wie geht es weiter?

Nun da das Gateway seinen finalen Montageort erreicht hat können wir uns wieder dem eigentlichen Chaostreff-LoRaWAN-Projekt widmen:
Als Ansammlung technikbegeisterter Individuen liegt uns zunächst erstmal die Erforschung des Themenbereiches LoRaWAN selbst nahe. Wir wollen wissen wie die Technik funktioniert, ihre Möglichkeiten ausloten und erste Erfahrungen mit Nodes in der “freien Wildbahn” sammeln.

Konkret sind unsere nächsten Schritte:

• Aktualisierung der Reichweitenmessung auf TTNMapper.org
• Entwicklung eigener Nodes auf Basis verschiedener Microcontroller und Plattformen
• Entwicklung von einfachen Beispielprojekten, um Interessierten einen einfachen und praktischen Einstieg in die Thematik zu ermöglichen
• Dokumentation des Projektes in unserem Wiki