Bereik Lora Geleen

Praktijktest LoRa dekking in het centrum van Geleen

Wie ons heeft gevolgd via de social media, of via dit artikel, heeft vast gezien dat we ons zijn gaan bezig houden met het zogenaamde Internet of Things. Om die reden hebben wij ons aangesloten bij The Things Network, een Nederlandse organisatie die zich inzet voor het uitrollen van een wereldwijd en open IoT netwerk, gebaseerd op LoRa. We hebben hiervoor een Lorank 8 gateway aangeschaft voor ons kantoor in Geleen. We vonden het dan ook tijd voor een praktijktest van de LoRa dekking in de buurt van onze gateway.

Maar eerst even een kort woordje uitleg over de techniek. Lora is een technologie die zich richt op draadloze overdracht van gegevens (denk bijvoorbeeld ook aan WiFi). De technologie richt zich met name op batterij aangedreven nodes (eindpunten). LoRa belooft daarom een netwerk met een laag stroomverbruik (voor de nodes in ieder geval), en een groot bereik, zelfs binnenshuis. Hierdoor is de beschikbare bandbreedte wel relatief laag. Gezien de bedoelde toepassing (het versturen van sensordata en aansturen van actuatoren) is dit uiteraard geen probleem, het is immers om het lage stroomverbruik (nodes op batterijen!) en vooral het grote bereik te doen. Er wordt in sommige gevallen zelfs gesproken over afstanden van vele kilometers voor één enkele gateway (zoals bijvoorbeeld in de tekst van de Lorank 8 gateway op deze website). Wij zijn vooral geïnteresseerd in de praktische toepassingen van LoRa, en waren dan ook nieuwsgierig naar het werkelijke bereik in een relevante praktijk situatie, namelijk gewoon midden in het centrum van Geleen.

Ik wil ook nog even onder de aandacht brengen dat we nog steeds op zoek zijn naar goede testcases om zinvol aan de slag te gaan met LoRa. Mocht je dus iets hebben en je wil even brainstormen of en wat er mogelijk is, laat het ons dan zeker weten!

Testmethode

Ons doel was niet om een uitgebreide test op te zetten om zo nauwkeurig mogelijke resultaten te krijgen op elke geografische locatie binnen het bereik van onze gateway. Wat we vooral hebben willen doen is een beeld krijgen van wat we realistisch gesproken mogen verwachten qua LoRa dekking met de relatief goedkope hardware die we tot onze beschikking hadden. We hebben de test dan ook zeer eenvoudig gehouden.

De gateway (Lorank 8)

Onze gateway is een Lorank 8. In de uitvoering zoals wij hem hebben is deze niet geschikt om buiten te worden geïnstalleerd. Hij is ook bedoeld als eenvoudige node om binnen te kunnen plaatsen. Omdat we niet op zoek waren naar de best mogelijke resultaten, maar eerder naar gewone praktijksituaties, hebben we er dan ook voor gekozen om hem voor deze test niet op de optimale plaats te gaan zetten, maar gewoon op een tafel ergens in het gebouw. De gateway is geplaatst op de tweede etage van het gebouw.

Omwille van de indeling van de behuizing was het niet mogelijk om de gateway met de antenne omhoog op de tafel te plaatsen. Aan de ene zijde zit de antenne, en aan de andere zijde de aansluitingen voor voeding, netwerk, enz. We zijn dus een beetje creatief moeten worden om de gateway voorlopig te plaatsen… Op termijn zullen we uiteraard wel op zoek gaan naar de meest optimale plek om de gateway te hangen. Ook hebben we nog een tweede gateway in bestelling staan via de KickStarter campagne van TTN. Zodra we deze hebben zullen we ook hiermee gaan testen.

Lorank 8 Gateway met custom <ahum> stand.

Node (Sodaq Mbili met LoraBee)

De node die we gebruikt hebben is een Sodaq Mbili bord, voorzien van een LoraBee gebaseerd op de EMB-LR1272 en een TPH-sensor (Temperature Pressure Humidity). Dit is een testboard, bedoeld om mee te ontwikkelen. Omdat we nu de straat op moesten hadden we een of andere behuizing nodig. Daarvoor hebben we handig gebruik gemaakt van het kartonnen doosje waarin de Mbili werd geleverd 🙂 Dit is misschien niet de meest professioneel ogende opstelling, maar het heeft dienst gedaan. Ik moet wel toegeven dat je wel eens vreemd aangekeken kan worden als je hiermee door de stad loopt. En al helemaal als je dat doet in het licht van de recente aanslagen (ik werd wel bijzonder wantrouwig aangekeken door twee ordehandhavers op de Markt in Geleen).

We hebben de bordjes voorzien van software (middels Arduino) die om de minuut een temperatuurmeting doet. De meetgegevens worden dan via Lora doorgestuurd naar de gateway, en zo naar de backend van thethingsnetwork.org. Je kan de gegevens van deze node ook zelf bekijken via deze link.

Meest geïmproviseerde behuizing ooit. Sodaq Mbili met LoraBee en TPH sensor

Uitvoeren van de test

Sinds een recente update heeft de API van thethingsnetwerk.org ook de gegevens m.b.t. signaalsterkte op het moment van ontvangst van het bericht. Het is dan ook deze informatie die ik heb gebruikt voor het bepalen van de signaalsterkte. Om de metingen eenvoudig vast te leggen heb ik een kleine Android app gebouwd die via de API van thethingsnetwork.org het meest recente datapakket kan uitlezen. Met een druk op de knop werden die gegevens gekoppeld aan de huidige GPS coördinaten en opgeslagen voor latere analyse. Enige nadeel was dat ik telkens minimaal een minuut op een plek moest blijven staan om zeker te zijn dat er ook vanaf de vastgelegde coördinaten was verstuurd. Als er na het verstrijken van een minuut geen nieuw datapakket binnen kwam via de API wist ik dat het versturen niet was gelukt. In dat geval ben ik in de praktijk wel wat langer blijven staan om helemaal zeker te zijn dat er niet alsnog een bericht werd verstuurd.

Het kan zijn dat we in de toekomst nog meer metingen zullen uitvoeren, en mogelijk ook wat metingen in gebouwen. Mocht dit zo zijn zullen we ook die bevindingen publiceren.

LoRa dekking in Geleen: de resultaten

Er is op twee verschillende dagen gemeten. in onderstaande kaart zijn de meetresultaten visueel weergegeven. De getoonde waarde is de signaalsterkte (dBm) zoals we die hebben uitgelezen uit de API van thethingsnetwork.org.

Het is wel al snel duidelijk dat afstanden van 5 tot 10km met deze opstelling niet haalbaar zijn in een stedelijke omgeving. De beste afstanden die we hebben gehaald zijn net geen 1000 meter. Toegeven, dit is wel minder dan we hadden verwacht en gehoopt. Het idee om met één enkele gateway een aanzienlijk deel van het centrum af te dekken blijkt dus niet realistisch, of toch niet met onze apparatuur. Wat ook opviel was dat gebouwen een vrij grote invloed hebben op de ontvangst. Dat was uiteraard te verwachten, ik had alleen verwacht dat de invloed minder groot zou zijn. Op bepaalde plaatsen tussen de Markt en de Rijksweg waren we het signaal zelfs soms helemaal kwijt, terwijl dit qua afstand minder dan 500m betreft. Op andere plaatsen (met minder gebouwen in de weg) komen we nét niet aan 1km, maar dat is wel twee maal zo ver.

Tijdens een van mijn internet omzwervingen ben ik er achter gekomen dat de mensen van things.io ook al een dergelijke test hebben uitgevoerd in het centrum van Groningen. Ze hebben zelfs dezelfde hardware gebruikt als wij. Je kan hun test hier vinden. Als je naar hun resultaten kijkt zie je dat deze ongeveer in lijn liggen met onze eigen bevindingen qua bereik en dekking.

In alle redelijkheid moeten de bevindingen wel enigszins gerelativeerd worden. Zoals eerder al aangegeven is de Gateway niet optimaal geplaatst. We hebben dit met opzet gedaan omdat de technologie ook een redelijke penetratie in gebouwen zou moeten geven, en dus dachten we dat dit niet veel problemen zou opleveren. Wellicht dat een betere plaatsing van de gateway de resultaten nog kan verbeteren.Op deze website wordt aangeven dat afstanden van 5km realistisch mogelijk moeten zijn in bebouwde gebieden, mits de antenne hoog en zonder obstructies is gemonteerd. Ik ga er ook van uit dat die afstand inderdaad gehaald zal worden, maar het idee is net dat mensen vrij laagdrempelig gateways kunnen plaatsen, en niet iedereen heeft tenslotte toegang tot de hogere gebouwen in de omgeving (laat staan dat je er een gateway kan/mag plaatsen). Daarnaast hebben we ook niet kunnen testen met verschillende soorten hardware dus kunnen we ook niet uitsluiten dat onze nodes een minder bereik hebben.

Conclusie

We wilden vooral zien wat er mogelijk is met Lora als de omstandigheden niet zo optimaal zijn. Met onze gateway gewoon binnen geplaatst, en in een stedelijk gebied, moet je dus niet verwachten om echt grote afstanden te gaan halen. Concreet kunnen we stellen dat in een dichtbebouwd gebied een maximale afstand van 1km realistisch is, waarbij je moet rekenen dat midden tussen de gebouwen zelfs maar een paar honderd meter gehaald kan worden. In meer open gebieden (b.v. bedrijventerreinen) zullen er ongetwijfeld wel afstanden mogelijk zijn van enkele kilometers. Koppel dit aan het beperkte prijskaartje van onze hardware, dan is het al bij al toch een veelbelovende techniek. Ook met het beter plaatsen van de gateway is er wellicht nog winst te behalen.

Voor ons is het belangrijk dat de technologie zeker potentieel heeft naar onze bestaande (en toekomstige) klanten toe. We hebben al verschillende ideeën geopperd wat we zouden kunnen doen met deze techniek (de ene al gekker dan de andere). Denk bijvoorbeeld aan goedkope temperatuursensoren voor in hooibalen of composthopen, vocht sensoren in droge opslagruimten, watertemperatuur van het aquarium of de (koi-)vijver, permanent meten van luchtvervuiling in een leefgebied, maar ook bijvoorbeeld positiebepaling van goederen op het eigen terrein of in een grote loods. Met meerdere gateways moet deze laatste zeker mogelijk zijn. Kortom, ideeën genoeg maar we zoeken nog iemand om een concrete test case mee uit te werken. Heb je dus vragen of eigen ideeën, neem zeker contact met ons op!