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    So funktionier das LoRa Helium Netzwerk

    So funktioniert LoRa Helium

    Alex @ AEQ-WEB

    Neben den erfolgreichen und gut bekannten LoRaWAN-Netzwerk The Things Network existieren mittlerweile viele verschiedene, teils auch private Netzwerke. Ein neues, stark wachsendes Netzwerk ist dabei das LoRa Helium Netzwerk. Neben dem bekannten Helium-Mining bietet dieses Netzwerk ebenfalls eine LoRaWAN-Infrastruktur, die primär für die kommerzielle Nutzung ausgelegt ist. In diesem Artikel geht es nicht um das Helium-Mining, sondern um den Nutzen der LoRaWAN-Technologie zur Übertragung von Sensor-Daten über das Helium-Netzwerk.

    Was ist LoRa Helium?

    Im privaten Sektor wird das Helium-Netzwerk primär zum Mining von der Kryptowährung Helium verwendet. Der physikalische Miner ist dabei das Gateway. Das Gateway selbst ist immer (meist über W-LAN) mit dem Internet verbunden und besitzt wie auch die herkömmlichen LoRaWAN-Gateways ein LoRa-Funkmodul. Die LoRa-Technologie ist also auch bei Helium-Gateways die gleiche. Trotzdem unterscheidet sich die Topologie von Helium mit der von anderen LoRaWAN-Netzwerken. Jeder Helium-Miner ist daher zugleich auch ein LoRaWAN-Gateway.

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    Im kommerziellen Sektor wird das Helium-Netzwerk zur Datenübertragung verwendet. Jedes Helium-Gateway kann dabei als Zugangspunkt dienen. Im Gegensatz zu TTN (The Things Network), wo die Datenübertragung kostenlos ist, wird bei Helium jede Datenübertragung verrechnet. Als Beispiel würde der Betrieb eines GPS-Trackers, der alle 5 Minuten seine Position über das Helium-Netzwerk sendet, aktuell rund einen Dollar im Jahr kosten. Helium stellt dafür einen Preisrechner bereit.

    Die Abrechnung

    Bevor überhaupt ein Datenpaket von der Node über das Helium-Netzwerk transportiert werden kann, muss ein entsprechendes Datenguthaben aufgeladen werden. Helium bezeichnet dies als Data Credit (DC). Aktuell bekommt man sogar bei der Registrierung einige DCs kostenlos aufgebucht. Bei der Übertragung wird pro Datenpaket ein DC abgebucht. Ein Datenpaket entspricht 24 Byte, sollte die Payload größer sein, so werden entsprechend viele DCs pro Datenübertragung abgebucht. Ein DC kostet aktuell weniger als 0,01 Cent. Ein Teil der Einnahmen wird auch an die jeweiligen Gateway-Betreiber ausgeschüttet, die an der Datenübertragung beteiligt waren.

    Die Netzwerk-Topologie

    In typischen LoRaWAN-Netzwerken gibt es einen zentralen Controller, der das Netzwerk verwaltet. Alle Gateways senden dann die empfangenen Lora-Datenpakete an einen zentralen Netzwerk-Server. Helium hingegen setzt auf ein dezentrales Netzwerk. Jedes Gateway kommuniziert hier zu verschiedenen Netzwerk-Servern. Jeder Netzwerk-Server wird mit einer eindeutigen Kennung in der Blockchain registriert, was ein Routing im Helium-Netzwerk ermöglicht. Über die Device-ID kann dann ein Gerät einem bestimmten Netzwerk-Server zugewiesen werden.

    Große Reichweite = mehr Verdienst

    Jeder Hotspot-Betreiber ist an einer hohen Reichweite interessiert, denn je größer die Reichweite ist, desto mehr Gewinn macht der Betreiber mit seinem Hotspot. Der Betreiber muss den Standort von seinem Gateway bzw. Hotspot angeben. Anschließend werden Datenpakete mit umliegenden Helium-Hotspots ausgetauscht, wodurch der Standort des neuen Hotspots verifiziert wird. Je großer der Radius an bestätigten Verbindungen ist, desto mehr Gewinn kann der Hotspot erzielen. Große Verdienste lassen sich meist nur in Großstädten generieren, da es hier ein dichteres Netz an Hotspots gibt. Im ländlichen Bereich, wo Hotspots oft nur alleine stehen, ist der Verdienst deutlich geringer. Trotzdem kann man neben dem Mining selbst noch an der Datenübertragung mitverdienen.

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    Reichweite verbessern

    Die Reichweite hängt primär vom Standort des Hotspots ab. Gute Standorte für LoRaWAN-Transceiver können zum Beispiel Balkone, Dächer oder Kirchtürme sein. Bei vielen Gateways kann man die Antenne austauschen und durch eine Antenne mit mehr Gewinn ersetzen. Achtung: Wird eine Antenne mit sehr hohem Gewinn angeschlossen, muss die Sendeleistung reduziert werden. Nur so entspricht der Aufbau weiterhin den gesetzlich einzuhaltenden Vorgaben!
    Verluste entstehen wiederum im Antennenkabel und Steckern, daher sollte man hier auf hochwertige Materialien setzen. Je länger das Antennenkabel ist, desto größer sind die Verluste. Die Antennenkabel müssen daher so kurz wie nur möglich gehalten werden.

    Gute Antennen für LoRa Helium

    Auch bei den Antennen sollte man nicht sparen, denn gerade die Multi-Band Antennen für LoRa, W-LAN, LTE usw. sind zwar auf allen Frequenzbereichen einigermaßen resonant, aber eben nicht perfekt. Wichtig ist, dass die Antenne speziell für den Frequenzbereich von 868 MHz (in Europa) optimiert ist und dort ein gutes Stehwellenverhältnis (SWR) aufweist. Zu empfehlen sind hier Industrie-Antennen, die genau auf 868 MHz abgestimmt sind. Hier liegt auch meist ein entsprechender Messbericht bei. Außerdem sollte man auf Antennen mit Rundstrahlcharakteristik setzen und nicht auf Antennen mit Richtstrahlcharakteristik.


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    Über den Autor

    Alex, der Gründer von AEQ-WEB. Seit über 10 Jahren beschäftigt er sich mit Computern und elektronischen Bauteilen aller Art. Neben den Hardware-Projekten entwickelt er auch Webseiten, Apps und Software für Computer.

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