Hallo zusammen,
ich habe folgendes Problem.
Für ein Projekt muss ich die Position (Position, also keine
Geschwindigkeit..) mobiler Plattformen auf einem Feld (also Outdoor)
tracken können.
Die mobile Plattformen sind insgesamt 4.
Das Feld ist ~ 300 x 400 m² groß, frei von Hindernissen und leider auch
ohne Stromversorgung (bis auf den PC-Workstation). Auf dem Bild im
Anhang habe ich eine Skizze geliefert, um die Idee zu vermitteln.
Die Idee: Die mobilen Plattformen müssen ihre Position über eine
drahtlose Datenübertragung zum PC mit einer Abtastrate von mindestens 1
Sekunden melden. Die Position wird mit Hilfe einer Zusammenfusion von
GPS- und IMU-Daten durch ein Kalman Filter bestimmt. Die mobilen
Plattformen sind mit GPS Empfänger und IMU logischerweise bestückt.
Ursprünglich war die Idee, eine LoraWAN einzurichten und die ermittelte
Position einmal pro Sekunden zu senden. Allerdings scheiterte diese
Idee, als wir festgestellt haben, dass der Payload der LoRA-Nachrichten
reduziert werden muss, wenn man die Position einmal pro Sekunde schicken
möchte. Da geht zu viel Information verloren, daher ist LoRA für diese
Anwendung nicht geeignet.
Ein anderes Setup sieht den Einsatz von Bluetooth Modulen vor (wie zum
Beispiel Ardupilot, welcher ein Bluetooth Modul mit einer Baud-Rate von
115200 bps Daten überträgt). Geschwindigkeit und Reichweite wären für
diese Anwendung ausreichend, allerdings müssen 4 USB Ports an der
Workstation verfügbar sein, um 4 Bluetooth Module anschließen zu können.
Ein Verteiler würde eher zu Problemen führen.
Drittens hatte man auch an eine WLAN-Verbindung gedacht. Allerdings ist
die Reichweite und die (nicht vorhandene) Stromversorgung ein echtes
Problem.
Meine Frage an euch: Würdet ihr bei Zigbee und/oder Bluetooth bleiben
oder meint ihr, man könnte die 1 Sekunde Abtastrate bei LoRA hinkriegen?
Danke
Ein paar mehr Infos:
- das Szenario ist: Outdoor
- auf den mobilen Plattformen ist ein Arduino/Raspberry Pi vorhanden
(für die Datenfusion zuständig)
- die mobilen Plattformen sind Akkubetrieben
- die Workstation ist fix an einer "Ecke" des Feldes (wegen Schutz und
Stromversorgung halt)
D. A. schrieb:> allerdings müssen 4 USB Ports an der> Workstation verfügar sein, um 4 Bluetooth Module anschließen zu können.
Warum?
1 Bluetooth-Dongle reicht vollkommen aus.
Ich würde den aber mit einem schönen. langen USB--VerlängerungsKabel
z.B. auf der Spitze eines Besenstiel befestigen.
Je höher und frei stehender umso besser!
Die Antenne sitzt in dem Modul und ist im Zweifel der beste Verstärker.
Harry L. schrieb:> D. A. schrieb:>> Warum?> 1 Bluetooth-Dongle reicht vollkommen aus.
Ok... ja, theoretisch könnte ich mehrere Peripherie-Geräte über BLE
anschließen.
Aber... ich bin nicht sicher, ob ich verstanden habe.
Wenn ich an den mobilen Plattformen einen USB-Dongle wie dieses hier
https://www.exp-tech.de/module/wireless/bluetooth/6192/adafruit-bluefruit-le-friend-bluetooth-low-energy-ble-4.0-nrf51822-v3.0?c=1056
anschließe, dann kann ich alle 4 mobile Plattformen über Bluetooth mit
der Workstation verbinden. Richtig?
Der USB-Stick ist eine "Verlängerung" einer seriellen Schnittstelle. In
der Workstation sollte ich dann mehrere COMx Ports lauschen, um die
Position über eine Karte darstellen zu können.
Ist richtig? Oder meintest du einen anderen Bluetooth-Dongle?
D. A. schrieb:> dann kann ich alle 4 mobile Plattformen über Bluetooth mit> der Workstation verbinden. Richtig?
Ja.
D. A. schrieb:> Der USB-Stick ist eine "Verlängerung" einer seriellen Schnittstelle. In> der Workstation sollte ich dann mehrere COMx Ports lauschen, um die> Position über eine Karte darstellen zu können.
Jede Verbindung generiert eine virtuelle serielle Schnittstelle.
4 Clients mit 4 Verbindungen resultieren in 4 COM-Ports.
Die Dongles unterscheiden sich aus der Sicht des Rechners kaum, und die
billigen China-Teile sollten out-of-the-box ohne weiteren Treiber-Stress
funktionieren.
Die Unterschiede finden sich eher in der Ausführung der Antenne, und
damit natürlich auch in der Reichweite.
Zigbee läuft auch bei 2,4 GHz und könnte meshen. Bessere Reichweite
hättest du bei 433 MHz. Nur reichen dir zum Beispiel 20 kbit/s oder
welche Datenrate wird überhaupt gebraucht, wenn die 20 kbit die Lorawan
kann schon nicht genug sind?
@von Harry: ok... dann werde ich bestellen und ein paar Versuche
durchführen.
Ich dachte, es kommt zu "Kollisionen" während der Übertragung, da die
Bluetooth-Schnittstelle am Rechner eine ist.
@Chris K. Das Hauptproblem bei Zigbee & Co. ist der Duty Cycle. 1% ist
definitiv zu gering. Zig oder Xbee wären sonst meine erste Wahl
gewesen...
Wieviele Bytes werden denn je Plattform pro Sekunde übertragen?
Ein E32 868T20D schafft eine Air Data Rate von 19,2 kbps. Mit dem E32
868T20D kann eine transparente UART Verbindung per Funk hergestellt
werden, das Modul benutzt dafür das LoRa Verfahren.
868 steht für das benutzte Frequenzband (868 MHz), es gibt die Module
auch für 433 MHz und 915 MHz.
Es sollte ein Frame mit max 51 Bytes übertragen werden.
Aber die Module 433 und 915 darf man in Europa nicht in Betrieb nehmen,
richtig? Hier ist nur 868 zugelassen.
Danke Wolfgang,
das PDF habe ich gerade gesucht.
Also wie schon gesagt 433 und 868 MHz könntest Du nutzen, vielleicht
sogar kombinieren, wenn Du auf LoRa setzen willst. Die 51 Bytes bekommt
man da schon in einer Sekunde übertragen.
Mitleser schrieb:> Die 51 Bytes bekommt> man da schon in einer Sekunde übertragen.
Von 1 mobilen Plattform schon - aber Funk ist ein "shared Medium"
deshalb kann immer nur einer senden.
Harry L. schrieb:> Mitleser schrieb:>> Die 51 Bytes bekommt>> man da schon in einer Sekunde übertragen.>> Von 1 mobilen Plattform schon - aber Funk ist ein "shared Medium"> deshalb kann immer nur einer senden.
Das trifft aber nur auf einen Kanal zu. Bei BLE hat man etwa deren elf
und auch LoRa kann man über mehrere Kanäle verteilen.
1. Es ist genug Zeit das alle vier nacheinander senden, da man die GPS
Zeit hat, könnte man jeder Plattform einen Timeslot zuweisen.
2. Kann man 868 und 433 MHz kombinieren
3. Es gibt sowohl im 868 MHz Bereich als auch im 433 MHz Bereich
verschiedene Kanäle die man einstellen kann.
...um mal drei Lösungsansätze zu nennen...
Christopher J. schrieb:> Bei BLE hat man etwa deren elf> und auch LoRa kann man über mehrere Kanäle verteilen.
Ja...als Ausweichkanäle, aber um die simultan nutzen zu können
bräuchtest du eine entsprechende Anzahl Empfänger....und du hast nur
Einen an den jeweiligen Endpunkten.
Harry L. schrieb:> Ja...als Ausweichkanäle, aber um die simultan nutzen zu können> bräuchtest du eine entsprechende Anzahl Empfänger....und du hast nur> Einen an den jeweiligen Endpunkten.
Ein LoRaWAN verwendet 10 Kanäle, 8 davon mit Datenraten zwischen 250bps
und 5.5 kbps, auf denen ein Gateway gleichzeitig lauscht.
Ihr solltet zu erst mal den Unterschied zwischen LoraWAN und Lora
klären. LoraWan sollte für diese Zwecke wohl nicht das Mittel der Wahl
sein, oder soll die halbe Welt auch noch involviert werden?. Mit den
gängigen Libs kriegst du jedenfalls keine Daten im Sekundenabstand über
LoraWAN weg.
Lora als Modulation selbst dürfte aber problemlos gehen. Datenrate,
Anzahl verschiedener Kanäle u.s.w kannst du dann selbst festlegen. Bei
der Entscheidung zwischen 443 oder 868 MHz solltest du auch ein Auge
darauf legen wie lange du pro Zeiteinheit auf dem entsprechenden Kanal
senden darfst. Eventuell sind da 443MHz besser trotz höheren
Störeinflüssen.
Von den E32 868T20D Teilen muss ich dir abraten. Eigentlich sind die
nicht schlecht, aber was sich der Hersteller dabei denkt die Frequenz
nur in ganzen MHz Schritten einstellen zu können, weiss wohl nur er.
Damit hast du nur ein paar wenige Kanäle wenn es legal bleiben soll.
Wenn man verschiedene Kanäle gleichzeitig nutzen will, dann kann ich als
Empfänger die iC880A Platinen von IMST empfehlen. Oder gleich das ganze
liteGateway:
https://imst.de/imst/de/aktuelles/LoRa_Lite_Gateway.php
Die Software musst du natürlich selber schreiben, wenn du nur den Lora
Teil ohne WAN verwenden willst. Ein Hexenwerk ist das aber nicht.
Die Alternative wäre ein Sack voll RFM95 o.ä. Module mit jeweils eigener
Antenne.
Aber bei 4 Sendern und je 51Byte sollte das alles auf einem oder 2
Kanälen abwickelbar sein. Bei SW7 und 250kHz sollte ein Paket weniger
als 50ms dauern. Bei Lora ohne WAN habt ihr ja nur Nutzdaten ohne
Overhead.
temp schrieb:> LoraWan sollte für diese Zwecke wohl nicht das Mittel der Wahl> sein, oder soll die halbe Welt auch noch involviert werden?
Auch einen LoRaWAN Gateway kann sich jeder selbst hin stellen und
Spreading Factor/Sendeleistung so wählen, dass eben nicht die halbe Welt
das als heile Paket mitbekommt.
Harry L. schrieb:> Christopher J. schrieb:>>> Bei BLE hat man etwa deren elf>> und auch LoRa kann man über mehrere Kanäle verteilen.>> Ja...als Ausweichkanäle, aber um die simultan nutzen zu können> bräuchtest du eine entsprechende Anzahl Empfänger....und du hast nur> Einen an den jeweiligen Endpunkten.
Ne, das stimmt so auch für BLE nicht (für LoRa hatte es Wolfgang ja
schon geschrieben).
Man kann BLE durchaus im "single master multiple slave"-Modus betreiben.
Bei Nordic nennen sie das "multilink", z.B. hier:
https://github.com/NordicPlayground/nrf52-ble-app-uart-c-multilink
Meines Wissens nach ist es dabei auch egal ob die einzelnen Slaves auf
mehrere Kanäle verteilt sind oder nicht. Genau dafür gibt es ja bei BLE
das Konzept der Timeslots, so dass eben mehrere Geräte auf dem gleichen
Kanal funken können.
Der Anwendungsfall des TO schreit meiner Meinung nach geradezu nach BLE
(53 Byte, einmal pro Sekunde) und mit BLE "long range" (seit BLE 5.0)
gibt es auch deutlich mehr Reichweite (teilweise ca. 1km im Freifeld) im
Preis für eine niedrigere Datenrate.
LoRa wäre natürlich auch hervorragend geeignet, was Reichweite und
Übertragungsrate angeht aber da ist die Hardware für ein Gateway schon
etwas teurer und man muss so ein Gateway ja auch im Feld erstmal mit
Strom versorgen.
Wolfgang schrieb:> Auch einen LoRaWAN Gateway kann sich jeder selbst hin stellen und> Spreading Factor/Sendeleistung so wählen, dass eben nicht die halbe Welt> das als heile Paket mitbekommt.
Das stimmt, aber dann ist der WAN-Teil überflüssig. Man kann die Pakete
dann gleich im Gateway abgreifen, das ist ja der beschriebene Weg mit
dem iC880A Concentrator.
Christopher J. schrieb:> LoRa wäre natürlich auch hervorragend geeignet, was Reichweite und> Übertragungsrate angeht aber da ist die Hardware für ein Gateway schon> etwas teurer und man muss so ein Gateway ja auch im Feld erstmal mit> Strom versorgen.
Das iC880A Board kostet um die 100€, das ist denke ich nicht zu teuer
für das was man kriegt.
Mit dem Strom in Verbindung mit einem Raspi und einem komplettem Gateway
hast du sicher Recht. Es kommt dabei aber auch darauf an, was am
Sammelpunkt noch so alles Energie frisst und wie das Verhältnis ist. Auf
der anderen Seite sind ein paar RFM95 im Empfangsmodus auch sparsam.
Ok Leute,
erstmal vielen Dank für die Hilfe.
Ich befürchte, dass ich BLE und LoRA P2P ausprobieren muss.
Ich melde mich, sobald ich ein paar Erfahrungen mitteilen kann und/oder
neue Fragen habe.
Vielen Dank!
D. A. schrieb:> erstmal vielen Dank für die Hilfe.> Ich befürchte, dass ich BLE und LoRA P2P ausprobieren muss.
Moderne PCs haben übrigens in der Regel BLE Hardware eingebaut. Gibt
Libraries für JavaScript oder Python, mit denen sich bequem darauf
zugreifen läßt.
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