LoRaWAN am Beispiel von TTN

Du sollst dich in die Lage versetzen, ein LoRaWAN-Netzwerk verstehen, erklären und verwenden zu können. Als Beispiel wird hier das öffentliche Community-LoRaWAN-Netzwerk The Things Network (TTN) herangezogen. Wenn du den Input aus dem Unterricht noch einmal nachvollziehen möchtest, dann besuche die Seite LoRaWAN mit TTN v3 - Quick Start.

Mache dich anhand der Checkliste auf der Kompetenzkarte mit LoRaWAN vertraut. Verwende hierzu wenn notwendig die nachfolgend angegebenen Quellen.

• Video zur Einführung in die Funktechnologie LoRa und LoRaWAN (10-20min)
  • Wenn du es eilig hast, kannst du den Abschnitt Link Budget überspringen.
  • Die Informationen zu den DIY-Geräten im Video kannst du ebenfalls überspringen.
• Video mit Erläuterungen zur Störungsfestigkeit und zu den Begriffen Chirp und Spreading Factor (3:50)
• Video zur Erläuterung von Class A-, B- und C-Geräten und zum Downlink (3:30)
• TTN-Dokumentation zu ABP- und OTAA-Aktivierung

Die LIFtOff GmbH plant verschiedene Umgebungsparameter auf dem Firmengelände mittels Sensoren zu überwachen. Hierfür steht unter anderem die LoRaWAN-Technologie und der Einsatz des TTN im Raum. Es wurden bereits einige Geräte zu Testzwecken beschafft. Sie sollen nun für die LIFtOff GmbH diese Geräte im TTN in Betrieb nehmen.

Am besten bearbeitest du diesen Abschnitt zusammen mit anderen Schülerinnen und Schülern in einer kleinen Gruppe. Mindestens eine Person aus der Gruppe soll ein TTN-Konto anlegen und sich dann von einer Lehrkraft als Collaborator in die Applikation liftoff-schueler-test aufnehmen lassen. Die Lehrkraft muss hierbei die Informationen auf der Seite Hinweise für die Verwendung der TTN-Applikation liftoff-schueler-test beachten.

Link zur TTN-Console

Anschließend kann sich die Gruppe von der Lehrkraft eines der LoRaWAN-Geräte aushändigen lassen, damit die Gruppe dieses als Endgerät in der Applikation liftoff-schueler-test registrieren kann.

ACHTUNG! Eine Registrierung eines Geräts außerhalb der vorgegebenen Applikation kann dazu führen, dass dieses zeitweise oder dauerhaft für den Unterrichtseinsatz unbrauchbar wird. Fehlverhalten kann daher unter bestimmten Voraussetzungen geahndet werden.

Der Registrierungsprozess für ein Endgerät im TTN ist in der Online-Dokumentation anschaulich beschrieben. Die dafür benötigten Daten der Endgeräte befinden sich auf den Aufklebern in der Geräteverpackung. Für die bereitgestellten Geräte ist OTAA zu bevorzugen.

Nach erfolgreicher Registrierung kann das Gerät eingeschaltet werden. Im Abschnitt Live Data des jeweiligen Endgerätes können eingehende Daten wie z. B. die Anmeldung am Netzwerk oder die Übertragung der Messwerte beobachtet werden. Versuche die jeweiligen Pakete zu identifizieren.

Die LIFtOff GmbH möchte nun die Messwerte der neu registrierten Sensoren erfassen. In einem ersten Schritt sollen diese per MQTT abonniert werden können. In einem zweiten Schritt ist gewünscht, die eingehenden Messwerte auf einem Node-RED-Dashboard zu visualisieren. Ihre Aufgabe ist es, Empfang und Anzeige der Daten zu realisieren.

Die im TTN eintreffenden Pakete des jeweiligen Sensors können zwar in der Live-Ansicht beobachtet werden, eine sinnvolle Auswertung der Sensordaten ist so aber nicht möglich.

Erstelle deshalb in der TTN-Konsole einen API-Key für die MQTT-Integration für euren Account. Dies ist über die Menüpunktfolge Integrations > MQTT > Generate new API key möglich.

Wichtig: der hierbei erzeugte Schlüssel muss direkt kopiert und gesichert werden. Er lässt sich später nicht wieder einsehen. Falls er verloren geht, kann er nur noch gelöscht werden.

Verwende einen MQTT-Client wie z. B. MQTT-Explorer, um dich mit dem MQTT-Broker des TTN zu verbinden und die eingehenden Sensordaten zu abonnieren. Versuche diese Daten auch in deinem Node-RED-Dashboard sichtbar zu machen.

• Video: LoRa Class A-, B- und C-Devices
• Dokumentation: Dokumentation des TTN v3
• Dokumentation: Dokumentation von Semtech zu LoRa und LoRa WAN