Niedrigstrom-Netzwerk befeuert „Internet of Things“-Projekte im Studium

Durch LoRaWAN am Hauptstandort der FHTW lernen die Messdaten fliegen. Studierende tüfteln an neuen Lösungen für Smart City und Co.

Die Studiengänge Verkehr und Umwelt sowie Integrative Stadtentwicklung – Smart Cities beschäftigten sich schon lange mit verschiedenen Sensoren im Bereich Mobilität und Umwelt. Die Übertragung mobil erfasster Daten war dabei immer ein Knackpunkt, denn Mobilfunk ist meist teuer und energieintensiv, WLAN dafür nicht überall verfügbar. Eine neue Technologie aus dem Bereich Internet of Things schließt genau diese Lücke: LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) ermöglicht es, kleine Datenpakete – wie eben Sensorwerte – stromsparend über große Distanzen ins Internet zu senden. 

Hintergrund

Für die physische Übertragung wird Frequenzspreizung (spread spectrum) verwendet. Diese ermöglicht es, im Freien Distanzen bis zu 15 Kilometer zu überwinden. Anwendungsbereiche sind etwa Umweltdaten wie Luftgüte, Verkehrsdaten, Smart Parking, Positionstracking, Smart Meter (Gas, Strom, Wasser), Sensoren in der Landwirtschaft und viele mehr.

LoRaWAN zählt zu den Technologien aus dem Bereich Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Von den Niederlanden ausgehend, hat sich ein großes, community-basiertes und kostenlos nutzbares LoRaWAN Netzwerk namens „The Things Network“  entwickelt. Es ermöglicht, Sensorwerte über das lizenz- und genehmigungsfreie 868-MHz-Band zu übertragen. Ein oder mehrere im Empfangsbereich befindliche LoRaWAN Gateways leiten die Sensordaten auf jede beliebige Internet-Schnittstelle. Dabei können Datenraten zwischen 0.3 kbps und 50 kbps erreicht werden. 

Um auch im direkten Umfeld des FHTW-Hauptstandortes am Höchstädtplatz Sensorwerte empfangen zu können, wurde am Dach des A-Gebäudes eine Empfangsantenne installiert. Dadurch ist es möglich diese Technologie auch direkt im Unterricht einzusetzen. In der Lehrveranstaltung „Smart City Anwendungen“ in der Smart-City-Vertiefung des Studiengangs Wirtschaftsinformatik konnte dieser Gateway bereits ausführlich getestet und genutzt werden. In Projektteams entwickelten die Studierenden verschieden Prototypen von Sensoren, die Daten erfassten und diese an eine Internetschnittstelle weiterschickten.

 

LoRAWAN-Gateway am Technikum /  Reichweite des Gateway (ttnmapper.org)

Projekte für Personenzählung und Serverraum-Monitoring

Zwei interessante Studierendenprojekte zeigen beispielhaft, welche Möglichkeiten sich aus der Anwendung von LoRaWAN ergeben: Personenzählungen finden heutzutage klassisch mittels Handzähler statt. Andere wiederum versuchen mittels Videodetektion Personen zu zählen. Die Projektgruppe „Wifi Counter“ hat ein neues Zählkonzept auf Basis der im Raum befindlichen Drahtlosen Geräten wie Smartphones erstellt. Der aktuelle Zählstand wird mittels LoRaWAN an eine Web-Schnittstelle gesandt. In einer Webapplikation werden die Zählergebnisse anschließend in einem Diagramm graphisch dargestellt.

Serverräume sind typischerweise mit einem Monitoring der Server ausgestattet. Tritt ein Problem auf, so wird beispielsweise eine E-Mail an den zuständigen Administrator versendet. Problematisch ist hier jedoch, dass wenn die Netzwerkverbindung nach außen hin abbricht und keine Kommunikation per Email mehr erfolgen kann, der IT-Administrator also keine Benachrichtigung erhält. Eine Projektgruppe bestehend aus vier Studierenden des Studiengangs Wirtschaftsinformatik, hat hier auf Basis eines Raspberry Pi‘s eine weitere Kommunikation nach außen hin über LoRa hergestellt.

Weiterführende Informationen

www.thethingsnetwork.org

www.lora-alliance.org