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-===== 1 Einführung =====+====== 1 Einführung ======
  
-Ob zu Hause, im Büro, der Werkstatt, einer Fabrik oder in der freien Natur, überall finden wir Sensoren, die für uns Daten erfassen.+Ob zu Hause, im Büro, der Werkstatt, einer Fabrik oder in der freien Natur, überall finden wir Sensoren, die für uns Daten erfassen oder wir würden gerne Daten erfassen.
  
-Sei es: +**Sei es:** 
-  *Temperatur (Luft, Boden, Wasser, ...)+  *Temperatur (Luft, Boden, Wasser, Mauerwerk, ...)
   *Status (ein, aus, offen, geschlossen, ...)   *Status (ein, aus, offen, geschlossen, ...)
   *Position (links, mitte, rechts, ...)   *Position (links, mitte, rechts, ...)
   *Wind (Stärke, Richtung, ...)   *Wind (Stärke, Richtung, ...)
-  *Wasser (Stand, Fließgeschwindigkeit, ...)+  *Wasser (Wasserstand, Fließgeschwindigkeit, Druck, ...)
   *Feuchte (Luft, Boden, ...)   *Feuchte (Luft, Boden, ...)
-  *Stromfluß +  *Stromfluß (Anlagenbetrieb ein-aus, Stromverbrauch, ....) 
-  *Bienenstock-Überwachung (Gewicht, Stocktemperatur, ...)+  *Bienenstock-Überwachung (Stockgewicht, Stocktemperatur, Luftfeuchte im Stock, ...)
   *Vieh-Herdenüberwachung (GPS, ...)   *Vieh-Herdenüberwachung (GPS, ...)
-  *Bewegungserkennung (Ultraschall, PIR, Radar, ..., Personen, Fahrradfahrer, KFZ ...) +  *Bewegungserkennung (Personen, Fahrradfahrer, KFZ ...) 
-  * ....+  *Belegungserkennung (Parkplätze, ...)  
 +  *Licht (Stärke, UV-Anteil, ...) 
 +  *Füllstände (Flüssigkeitsbehälter, Abfallbehälter, ...)
  
 Es gibt unzählige Möglichkeiten. Dies ist nur eine kleine Auflistung zur Einführung. Es gibt unzählige Möglichkeiten. Dies ist nur eine kleine Auflistung zur Einführung.
  
 Man kann die Sensoren in zwei Gruppen einteilen: Man kann die Sensoren in zwei Gruppen einteilen:
-  *Sensoren, die ihre Daten kontinuierlich generieren und weitergeben +  *Sensoren, die ihre Daten kontinuierlich generieren und weitergeben müssen 
-  *Sensoren, die ihre Daten nur bei einer Änderung oder nach einem bestimmten Zeitintervall weitergeben+  *Sensoren, die ihre Daten nur bei einer Zustandsänderung oder nach einem bestimmten Zeitintervall weitergeben
  
 Für erstere Gruppe benötigt man entsprechende Übertragungskapazitäten (Mobilfunk, Ethernetanbindung, etc.). Das fordert entsprechende umfangreiche Stromversorgungen. Man denke nur, wie kurz ein Smartphone in Betrieb bleiben kann. Mit dieser Gruppe von Sensoren befassen wir uns nicht. Für erstere Gruppe benötigt man entsprechende Übertragungskapazitäten (Mobilfunk, Ethernetanbindung, etc.). Das fordert entsprechende umfangreiche Stromversorgungen. Man denke nur, wie kurz ein Smartphone in Betrieb bleiben kann. Mit dieser Gruppe von Sensoren befassen wir uns nicht.
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 Das gibt es - die Lösung heißt: Das gibt es - die Lösung heißt:
  
-**LoRa - long range - low power**+**LoRa - ein - long range - Sendeverfahren mit niedrigster Sendeleistung**
  
 Und wenn man das ganze dann vernetzt, erhält man ein: Und wenn man das ganze dann vernetzt, erhält man ein:
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 **In unserem Projekt benötigen wir also immer Sende- Empfangschips für 868 MHz!** **In unserem Projekt benötigen wir also immer Sende- Empfangschips für 868 MHz!**
  
-Die Sensoren (nodes genannt) senden ihre Daten in alle Richtungen. Ein oder auch mehrere Empfänger in Reichweite (concentrator oder gateways) empfangen diese und leiten sie letztendlich in eine große Cloud.+Die Sensoren (nodes genannt) senden ihre Daten in alle Richtungen. Ein oder auch mehrere Empfänger in Reichweite (concentrator oder gateways) empfangen diese und leiten an einen Server (Cloud).
 Da alle Sensoren eindeutig indentifizierbar sind, können Anwender nur auf Daten derjenigen Sensoren zugreifen, die sie in der Cloud selbst angemeldet haben. Bei der Anmeldung erhält jeder Sensor eine eindeutige und einmalige Adresse, die einprogrammiert werden muss. Daher ist ein Zugriff auf Fremdsensoren nicht möglich. Da alle Sensoren eindeutig indentifizierbar sind, können Anwender nur auf Daten derjenigen Sensoren zugreifen, die sie in der Cloud selbst angemeldet haben. Bei der Anmeldung erhält jeder Sensor eine eindeutige und einmalige Adresse, die einprogrammiert werden muss. Daher ist ein Zugriff auf Fremdsensoren nicht möglich.
  
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 Doch es gibt auch eine freie und kostenlose Alternative - und das Weltweit - [[ https://www.thethingsnetwork.org/|The Things Network]]. Doch es gibt auch eine freie und kostenlose Alternative - und das Weltweit - [[ https://www.thethingsnetwork.org/|The Things Network]].
  
-Dort kann man sich ein Benutzerkonto einrichten seine Gateways registrieren, sofern man eines oder auch mehrere für die Gemeinschaft betreiben und bereitstellen möchte und - ganz wichtig - seine Sensoren registrieren.+Dort kann man sich ein Benutzerkonto einrichten seine Gateways registrieren, sofern man eines oder auch mehrere für die Gemeinschaft betreiben und bereitstellen möchte und - ganz wichtig - seine eigenen Sensoren registrieren.
  
-Diese Gateways empfangen sämtliche aus dem Umfeld eingehenden Sensordaten, egal wem der Sensor gehört. Sie leiten dann die Daten in die Cloud (z.B. bei TTN - The Things Network).+Die Gateways empfangen sämtliche aus dem Umfeld eingehenden Sensordaten, egal wem der Sensor gehört. Sie leiten dann die Daten neutral in die Cloud (z.B. bei TTN - The Things Network). Das ist der Gemeinschaftsgedanke dahinter. Der Aufbau des Netzwerks, sowie die einzelnen Verarbeitungsschritte veranschaulicht nachfolgendes Schaubild von [[ https://www.thethingsnetwork.org/|The Things Network]].
  
-Auf der Internetseite von TTN lassen sich auch alle regsistrierten Gateways auf einer Weltkarte einsehen. Sollte man in der Reichweite eines oder mehrere Gateways liegen, benötigt man nur noch ein TTN-Konto und eigene Sensoren. +Auf der Internetseite von TTN lassen sich auch alle registrierten Gateways auf einer Weltkarte einsehen. Sollte man in der Reichweite eines oder mehrere Gateways liegen, benötigt man nur noch ein TTN-Konto und eigene Sensoren. 
-Sollte das Umfeld verwaist sein, also keine Gateways vorhanden sein, kann man selber welche aufstellen und anmelden.+Sollte das Umfeld verwaist sein, also keine Gateways vorhanden sein, kann man selber welche aufstellen und anmelden und so auch für die Gemeinschaft etwas Gutes tun.
  
-**LoRaWAN mit nodes, gateways, cloud und application server**+**Verarbeitungsweg LoRaWAN: Mit Nodes, Gateways, Cloud- und Application-Server**
  
-{{ :projekte:grossprojekte:lorawan:architecture-lora.jpg?600 |}}+{{ :projekte:grossprojekte:lorawan:architecture-lora.jpg?nolink600 |}}
 **((https://www.thethingsnetwork.org/))** **((https://www.thethingsnetwork.org/))**
  
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 Die Kanalbelegungszeit ist vom Gesetzgeber begrenzt. Pro node auf 1% per Stunde. Das entspicht einer maximalen Sendzeit von 36 Sekunden pro Stunde. Also öfters mit kleinem SF oder seltener mit größerem SF übertragen. Dies aber nur, wenn nötig. Generell gilt, immer den niedrig möglichsten SF wählen. Die Sendezeiten schwanken nämlich von wenigen ms (SF7) bis etwas über 1 s (SF12). Die Kanalbelegungszeit ist vom Gesetzgeber begrenzt. Pro node auf 1% per Stunde. Das entspicht einer maximalen Sendzeit von 36 Sekunden pro Stunde. Also öfters mit kleinem SF oder seltener mit größerem SF übertragen. Dies aber nur, wenn nötig. Generell gilt, immer den niedrig möglichsten SF wählen. Die Sendezeiten schwanken nämlich von wenigen ms (SF7) bis etwas über 1 s (SF12).
  
-Der Sinn dieser Regel ist einfach: In Städten oder in gößeren Betrieben können leicht mehrere hundert bis tausend notes zusammenkommen. Da viele nodes seltener als einmal pro Stunde senden, weil es völlig ausreicht, kann man mit wenigen Gateways eine enorme Anzahl von nodes bedienen.+Der Sinn dieser Regel ist einfach: In Städten oder in gößeren Betrieben können leicht mehrere hundert bis tausenden notes zusammenkommen. Da viele nodes auch seltener als einmal pro Stunde senden, weil es für ihre Anwendung völlig ausreicht, kann man mit wenigen Gateways eine enorme Anzahl von nodes bedienen.
  
 Durch das Modulationsverfahren ist das **link budget** enorm groß. Die Empfänger können selbst sehr schwache Signale auf Grund der speziellen Modulationstechnik aus Störsignalen und dem Rauschen herausrechnen. Durch das Modulationsverfahren ist das **link budget** enorm groß. Die Empfänger können selbst sehr schwache Signale auf Grund der speziellen Modulationstechnik aus Störsignalen und dem Rauschen herausrechnen.
  
 Unter link budget versteht man das Verhältnis von Sendeleistung zu Empfangsleistung. Die Sendeenergie wird durch Parameter wie Antennenkabel(längen), Antennenformen, Entfernung zwischen Sender und Empfänger, Gebäuden oder Landschaftsmerkmalen im Ausbreitungsweg "verbraucht". Das, was dann letztendlich im Empänger ankommt und noch detektiert werden kann, kann bis zu 155 dB geringer sein als die Sendeleistung. Unter link budget versteht man das Verhältnis von Sendeleistung zu Empfangsleistung. Die Sendeenergie wird durch Parameter wie Antennenkabel(längen), Antennenformen, Entfernung zwischen Sender und Empfänger, Gebäuden oder Landschaftsmerkmalen im Ausbreitungsweg "verbraucht". Das, was dann letztendlich im Empänger ankommt und noch detektiert werden kann, kann bis zu 155 dB geringer sein als die Sendeleistung.
-Die überbrückbaren Entfernungen liegen je nach Gegebenheiten zwischen 1 km und 3 km (es geht sogar oft noch weiter).+Die überbrückbaren Entfernungen liegen je nach Gegebenheiten zwischen 500m und 1 km (nodes in Gebäuden) und bis über 3 km (es geht sogar oft noch weiter) für nodes im Freien.
  
 Wer sich gerne das Thema LoRa, LoRaWAN, LoRa nodes und Gateways von jemanden anderen erklären lassen möchte, dem sei auch der YouTube-Kanal von [[https://www.youtube.com/channel/UCu7_D0o48KbfhpEohoP7YSQ/featured|Andreas Spiess]] ans Herz gelegt. Er ist Schweizer und spricht in seinen Videos (teileise mit deutschen Untertiteln versehen) Englisch mit schweizer Accent. Wer sich gerne das Thema LoRa, LoRaWAN, LoRa nodes und Gateways von jemanden anderen erklären lassen möchte, dem sei auch der YouTube-Kanal von [[https://www.youtube.com/channel/UCu7_D0o48KbfhpEohoP7YSQ/featured|Andreas Spiess]] ans Herz gelegt. Er ist Schweizer und spricht in seinen Videos (teileise mit deutschen Untertiteln versehen) Englisch mit schweizer Accent.
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-Stand: 14.12.2019+Stand: 09.11.2020
  
  

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