Aelora: Vogels meten luchtkwaliteit met LoRa technologie
Misschien heb je het al gehoord of heb je zelf al de antenne op het dak kunnen spotten? Sinds een aantal maanden hebben wij op het kantoor Luminis Arnhem een LoRa Gateway staan.
Binnen Luminis Arnhem werken wij momenteel aan onze eigen LoRa case.
Op 1 oktober hebben wij Aelora tijdens de open dag van het Industriepark Kleefse Waard gepresenteerd. De onderstaande video geeft hier van een impressie.
Wat is LoRa?
LoRa staat voor Long Range. LoRa maakt het mogelijk kleine hoeveelheden data draadloos tussen apparaten te verzenden en op deze wijze aan te sluiten op het internet. Dit kan wel tot afstanden van 15 kilometer. Een ideale ondersteuning voor Internet of Things (IoT). Het enige wat je nodig hebt is een apparaatje met ondersteuning van het LoRa radio protocol. Dit wordt een LoRa node genoemd. Het is niet erg ingewikkeld om van je eigen device een LoRa node te maken. Je kunt voor rond de 15 euro een kant en klare LoRa module kopen. Deze module spreekt het LoRa protocol en verzorgt de draadloze communicatie. De module zelf is vrij eenvoudig te integreren. Bijvoorbeeld met een Arduino microprocessor bordje.
Het transporteren van data van de LoRa node naar het internet gebeurt door middel van een LoRa gateway. Een gateway is volgens specificaties in staat om duizenden LoRa nodes te verbinden met het internet. De frequentie en snelheid waarmee data wordt verzonden is relatief laag. Dit maakt het mogelijk om een node regelmatig uit te schakelen, waardoor het stroomverbruik enorm omlaag gaat. Op deze manier is het mogelijk om een node op een batterij meerdere jaren online te houden zonder deze op te laden.
Toepassingsmogelijkheden
Er zijn verschillende toepassingen met LoRa denkbaar. Denk bijvoorbeeld aan machine-to-machine toepassingen zoals het op afstand kunnen uitlezen van slimme energie meters en waterzuiveringsinstallaties. Denk aan smart city toepassingen zoals draadloze sensoren op parkeerplaatsen en het detecteren van defecte lantaarnpalen. Of bijvoorbeeld industriële toepassingen in fabrieken voor de kwaliteitsbewaking van productie processen.
LoRa is steeds meer in het nieuws. Zo is KPN flink aan de weg aan het timmeren door haar bestaande zendmasten te voorzien van LoRa gateways. Op deze wijze wil KPN een LoRa netwerk met landelijke dekking aan haar klanten aanbieden. Dit met als doel IoT in Nederland een boost te geven. Natuurlijk zit hier voor KPN ook een interessant verdienmodel achter.
The Things Network
Een heel ander LoRa initiatief met een juist meer open source karakter is The Things Network (afgekort TTN). TTN biedt de mogelijkheid om je eigen gateways te installeren en deze te koppelen met het open source TTN cloud platform. Op deze wijze kan je zelf de data van een LoRa node naar je eigen applicatie ontsluiten. Het wordt nog mooier, je kunt in plaats van een eigen gateway ook gebruik maken van de gateways die al door andere mensen geplaatst zijn. Inmiddels zijn er wereldwijd in verschillende steden TTN communities opgericht. Deze communities hebben zich als doel gesteld om in steden voor lokale LoRa dekking te zorgen en te faciliteren in het realiseren van LoRa oplossingen.
The Things Network Arnhem
Voor Luminis Arnhem is LoRa een interessante technologie die ingezet kan worden in IoT klantoplossingen. Het open source karakter van The Things Network spreekt ons natuurlijk ook aan. Daarom zijn we in Amsterdam op bezoek gegaan bij de oprichters van TTN. Tijdens ons bezoek hebben we mee mogen denken met de technologie roadmap van TTN en hebben we ook met verschillende community leden gesproken. Inmiddels zijn wij zelf zo enthousiast geworden dat we op eigen initiatief The Things Network Arnhem hebben opgericht.
Wij hebben daarbij ons als doel gesteld om Arnhem van LoRa dekking te voorzien. Daarnaast willen wij door het organiseren van reguliere bijeenkomsten ook voor kruisbestuiving zorgen tussen bedrijven, scholen en gebruikers. Via de Meetup App kunnen nieuwe leden zich aanmelden. Binnenkort zal er een eerste TTN Arnhem meeting gepland worden. Verder zal er ook een promotie filmpje worden gemaakt.
Is LoRa een hype?
Wat je bij nieuwe technologieën vaak ziet is dat iedereen er boven op duikt en roept dat dit het antwoord op alles is. Dit zie je op dit moment ook bij LoRa. LoRa bevindt zich volgens de Gartner Hype Cycle op het kantelpunt van de eerste fase van de technologie life-cycle. Er is veel media aandacht voor, maar er zijn nog weinig success stories. Het kan nog enige tijd duren voordat LoRa van de grond komt. Dit is te vergelijken met de adoptie van Bluetooth. Het kan ook gebeuren dat LoRa tegen die tijd is ingehaald door een andere technologie. Zo is SigFox op het gebied van draadloze low-power technologie een interessante concurrent van LoRa. Wie zal het zeggen.
Aelora
Wat gaan wij zelf nu met LoRa doen? Wij geloven dat je alleen iets van een technologie mag vinden als je er zelf ervaring mee hebt en dus eerst in de modder hebt gestaan. Daarom werken wij binnen Luminis Arnhem nu aan onze eigen LoRa case.
Op 1 oktober hebben wij Aelora tijdens de open dag van het Industriepark Kleefse Waard gepresenteerd. Aelora is een netwerk van lora vogeltjes dat de luchtkwaliteit in de omgeving kan meten. De vogeltjes zijn op verschillende locaties gestationeerd. Het idee van een vogel is ontleent aan de tijd van de mijnwerkers. De mijnwerkers namen vaak een parkiet mee de mijnen in. De kleine vogel werd ingezet om voortijdig schadelijke gassen te signaleren. Helaas liep het dan vaak niet goed af met de parkiet.
Iedere Aelora vogel is voorzien van een deeltjes sensor en een 3D geprinte behuizing. De vogels communiceren via onze eigen gateway met The Things Network. Google Firebase wordt gebruikt om de verzamelde data vanuit TTN naar smartphones te ontsluiten. Voor de realisatie van deze case hebben wij verschillende collega’s aangehaakt. Zo is Ivo Domburg verantwoordelijk voor het visuele ontwerp van de vogels. Dennis Geurts heeft de software implementatie op zich genomen. Onze collega Jacco Schouw hebben wij aangehaakt voor het elektronica ontwerp van de stroomvoorziening.
De door Aelora verzamelde live data is voor iedereen beschikbaar op: http://aelora.nl
Als Luminis Arnhem willen wij de kansen die wij in LoRa zien niet aan ons voorbij laten gaan. De mogelijke toepassingen sluiten ook goed aan bij het soort klanten en projecten die wij in Arnhem graag hebben.
Wij houden jullie op de hoogte van onze LoRa ontwikkelingen. Wordt vervolgd!
Technische achtergrond
Het open source cloud platform van The Things Network bestaat uit een aantal componenten. Het doel van het platform is gericht op het afhandelen van data afkomstig van gateways en deze data bij de juiste gebruikers applicatie af te leveren. Een LoRa node maakt verbinding en verstuurt de data op basis van 128 bits keys versleuteld naar een gateway. Hierbij wordt een network session key gebruikt om de communicatie met een gateway op te zetten. Een application session key wordt vervolgens gebruikt voor versleuteling van de data. Na ontvangst van de data stuurt de gateway de data naar de TTN backend.
Vanaf hier verzorgen de router, broker en handler componenten de routering van data naar de juiste applicatie. Voor een juiste routering zijn onder andere het node device adres en application identifier van belang. Een gebruikers applicatie kan de data vervolgens ontvangen door gebruik te maken van het MQTT protocol. Dit is een licht gewicht publish/subscribe protocol toegespitst op machine-to-machine communicatie.
