C07W als LoRaWAN basestation

LoRa is een protocol om datapakketten over lange aftand (LOng RAnge) te versturen. Dit wordt vooral gebruikt voor pakketten met weinig informatie of een lage frequentie. Dit is ongeveer in de grootteorde van 10-15 datapunten iedere 5 tot 10 minuten. In ideale omstandigheden, zoals een open ruimte, goede antennes en rechtstreekse “line of sight” kan de te overbruggen afstand tot enkele kilometers gaan. Obstakels tussen de sensor en gateway hebben echter negatieve invloed op deze signalen. Vooral metalen constructies kunnen voor slechte ontvangst zorgen.

Voor het gebruik van LoRa-sensoren is altijd een basestation nodig, in onze oplossingen is dit een Calculus C07W met ingebouwde LoRa concentrator. Deze wordt best zo centraal mogelijk geplaatst om een goede dekking te garanderen. Ook de hoogte van de antenne is hierbij van belang. Hoe hoger de antenne is geplaatst, hoe beter. Ook obstakels in de nabije omgeving van de antenne worden best vermeden. Plaats deze dus indien mogelijk niet vlak tegen een metalen wand, maar probeer hiervan weg te blijven.

Bij installaties kan je op basis van enkele waarden in het portaal de plaatsing ook verder optimaliseren.

Bij LoRa heb je ook het risico op packet loss. Tot 10% van de pakketten kan verloren raken. Bij cruciale berichten kan ook een bevestiging gevraagd worden, maar dit is niet aangeraden om dit continue te doen. Je krijgt hierdoor namelijk meer radioverkeer waardoor de andere sensoren het moeilijker krijgen hun berichten te versturen. Als hun bevestigingen dan falen wordt er opnieuw gestuurd, waardoor er meer en meer radioverkeer is.

RSSI, ofwel Received Signal Strength Indication is de ontvangen sterkte van het signaal. Kort door de bocht betekent dit hoe hard je een signaal hoort van de zender. Dit getal is altijd negatief en ligt meestal tussen -120dBm en -30dBm. -120dBm is zeer zwakke ontvangst, -30dBm is zeer sterke ontvangst. Een sensor die berichten stuurt aan -120dBm betekent ook dat bij slechtere omstandigheden mogelijk meer pakketten verloren gaan raken.

SNR, ofwel Signal-to-Noise ratio is de verhouding van achtergrondruis ten opzichte van het verstuurde signaal.

Deze waarde schommelt tussen -20dBm en +10dBm. Ook hier geldt weer, hoe hoger de waarde hoe beter.

SF of Spreading Factor is een waarde die specifiek bij LoRa voorkomt, in tegenstelling tot RSSI en SNR, wat beide waarden zijn die algemeen bij radiocommunicatie voorkomen. Spreading Factor is een waarde tussen 7 & 12.

Dit is een setting die zichzelf automatisch aanpast aan de hand van de omstandigheden en de ontvangst. Als vergelijking kan je het zien als een waarde die zegt hoe snel je spreekt. Hoe beter de ontvangst, hoe sneller je kan communiceren en toch nog duidelijk verstaanbaar kan zijn. Als de ontvangst en afstand wat groter is doe je dit beter duidelijker en trager. Als een voor gedefinieerd aantal berichten niet bevestigd wordt door de gateway, gaat de sensor op zichzelf een waarde hoger gaan. SF12 is hier duidelijker dan SF7. Langer sturen betekent echter ook meer batterijverbruik.

Bij Elsys sensoren bijvoorbeeld zorgt dit voor het volgende verbruik:

Zoals je kan zien gaat het verbruik exponentieel omhoog, en is het dus belangrijk de Spreading Factor zo laag mogelijk te houden. Dit kan door een betere locatie of plaatsing van sensoren en/of antenne. 

Een LoRa antenne is geen richtantenne. Deze antennes werken best door deze loodrecht te monteren.

Het ideale scenario is natuurlijk directe “line of sight”, maar dit is in praktijk zelden mogelijk. Ook bij directe line of sight, maar net boven de grond heb je door de “fresnel zone” ook interferentie van de grond. Dit is ongeveer een ellipsoide rond de line of sight. De exacte grote kan je eventueel berekenen, maar het belangrijkste is te beseffen dat objecten die in de buurt van de line of sight staan ook invloed kunnen hebben, en dat plaatsing dicht bij de grond de aarde ook interferentie veroorzaakt.