DE102018125290A1

DE102018125290A1 - LoRaWAN gateway

Info

Publication number: DE102018125290A1
Application number: DE102018125290.0A
Authority: DE
Inventors: Ralf Behrens; Max Reble
Original assignee: Walter Tecyard & Co KG GmbH
Current assignee: Walter Tecyard & Co KG GmbH
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-04-16

Abstract

LoRaWAN-Gateway mit einem eine erste Antenne aufweisenden ersten Empfänger, der zum Empfang von auf einer ersten Frequenz gesendeten Daten eines ersten LoRaWan-Endgeräts eingerichtet ist, einer mit dem ersten Empfänger verbundenen Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der vom ersten Empfänger empfangenen Daten und einer mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Netzwerk-Schnittstelle zur Bereitstellung der von der Verarbeitungseinheit verarbeiteten Daten an ein Netzwerk, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit der Verarbeitungseinheit verbundenen, eine weitere Antenne aufweisenden weiteren Empfänger, der zum Empfang von auf einer sich von der ersten Frequenz unterscheidenden zweiten Frequenz gesendeten Daten eines zweiten Endgeräts eingerichtet ist.LoRaWAN gateway with a first receiver having a first antenna, which is set up to receive data transmitted on a first frequency by a first LoRaWan terminal, a processing unit connected to the first receiver for processing the data received by the first receiver, and one with the processing unit Connected network interface for providing the data processed by the processing unit to a network, characterized by at least one further receiver, connected to the processing unit and having a further antenna, for receiving data of a second transmitted on a second frequency that differs from the first frequency Is set up.

Description

Die Erfindung betrifft ein LoRaWAN-Gateway mit einem eine Antenne aufweisenden Empfänger, der zum Empfang von auf einer ersten Frequenz gesendeten Daten eines LoRaWan-Endgeräts eingerichtet ist, einer mit dem Empfänger verbundenen Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der vom Empfänger empfangenen Daten und einer mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Netzwerk-Schnittstelle zur Bereitstellung der von der Verarbeitungseinheit verarbeiteten Daten an ein Netzwerk.The invention relates to a LoRaWAN gateway with a receiver having an antenna, which is set up to receive data transmitted on a first frequency of a LoRaWan terminal, a processing unit connected to the receiver for processing the data received by the receiver, and one connected to the processing unit Network interface for providing the data processed by the processing unit to a network.

Derartige in einem Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) eingesetzte und angepasste LoRaWAN-Gateways sind bekannt. Sie werden in der sternförmigen Netzwerkarchitektur zwischen LoRa-Endgeräten und einem Netzwerkserver eingesetzt, wodurch die Endgeräte im Rahmen des „Internet of Things“ (IoT) in entsprechende IoT-Plattformen und/oder Applikationen eingebunden werden können.Such LoRaWAN gateways used and adapted in a Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) are known. They are used in the star-shaped network architecture between LoRa end devices and a network server, whereby the end devices can be integrated into corresponding IoT platforms and / or applications as part of the "Internet of Things" (IoT).

Regional werden für das LoRaWAN unterschiedliche Frequenzbereiche im ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) und im SRD-Band (Short Range Devices Band; auch Low Power Devices Band (LPD-Band) genannt) genutzt. Unter anderem sind dies in Europa das Frequenzband von 433,05 bis 434,79 MHz und das Frequenzband von 863 bis 870 MHz. In Nordamerika wird für die Datenübermittlung im LoRaWAN hingegen ein Frequenzband von 902 bis 928 MHz genutzt.Regionally, different frequency ranges in the ISM band (Industrial, Scientific and Medical Band) and in the SRD band (Short Range Devices Band; also called Low Power Devices Band (LPD band)) are used for the LoRaWAN. In Europe, these include the frequency band from 433.05 to 434.79 MHz and the frequency band from 863 to 870 MHz. In North America, however, a frequency band from 902 to 928 MHz is used for data transmission in LoRaWAN.

Grundsätzlich erfolgt die Datenübermittlung vom LoRa-Endgerät zum LoRaWAN-Gateway mittels am LoRa-Endgerät vorgesehener Transponder. Für den Empfang der von einem Transponder ausgesendeten Daten weist das LoRaWAN-Gateway einen üblicherweise als Transceiver-Modul ausgebildeten Empfänger auf, der die Daten auf einer vom Transponder vorgegebenen Frequenz empfängt. Darauf werden die empfangenen Daten von einer Verarbeitungseinheit für die Ausgabe an einer Netzwerk-Schnittstelle verarbeitet und über diese ausgegeben, sodass diese vom Netzwerkserver empfangen und durch Plattform oder Applikation, insbesondere eine IoT-Plattform oder IoT-Applikation, verarbeitet werden können.Basically, data is transferred from the LoRa terminal to the LoRaWAN gateway using transponders provided on the LoRa terminal. To receive the data sent by a transponder, the LoRaWAN gateway has a receiver, which is usually designed as a transceiver module and receives the data at a frequency specified by the transponder. The received data are then processed and output via a processing unit for output at a network interface, so that they can be received by the network server and processed by the platform or application, in particular an IoT platform or IoT application.

Zusätzlich können - sofern das LoRa-Endgerät entsprechend eingerichtet ist - auch Daten vom LoRaWAN-Gateway mittels des im Transceiver-Moduls enthaltenen Sender an das LoRa-Endgerät übermittelt werden.In addition - if the LoRa terminal is set up accordingly - data from the LoRaWAN gateway can also be transmitted to the LoRa terminal using the transmitter contained in the transceiver module.

Das grundsätzliche Problem an diesem Aufbau soll anhand eines Beispiels kurz erläutert werden:

Für LoRa-Anwendungen ist derzeit eine Belegung der Frequenz von 1 % vorgesehen. Daraus resultiert, dass jeder Sender alle 10 min einmal kurz senden darf, wobei kurze Telegramme die Frequenz für ca. 1 s belegen werden. Für das LoRaWAN sind - wie zuvor genannt - mehrere Kanäle/Frequenzen festgelegt, die ein LoRaWAN-Gateway empfangen sollte. Daher ist regelmäßig vorgesehen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten LoRaWAN-Gateways mehrere Kanäle nacheinander scannen und bei Detektion einer Sendung eines LoRa-Transponders auf dieser Frequenz bleiben und das vom LoRa-Endgerät übermittelte Telegramm empfangen. Falls notwendig kann das Gateway dem Transponder direkt nach dem Datenempfang eine Sendung als Antwort zukommen lassen.

The basic problem with this structure will be briefly explained using an example:

A frequency assignment of 1% is currently planned for LoRa applications. The result of this is that each transmitter is allowed to send once briefly every 10 minutes, whereby short telegrams will occupy the frequency for approx. As previously mentioned, several channels / frequencies are specified for the LoRaWAN, which a LoRaWAN gateway should receive. It is therefore regularly provided that the LoRaWAN gateways known from the prior art scan a number of channels in succession and, when a transmission of a LoRa transponder is detected, remain at this frequency and receive the telegram transmitted by the LoRa terminal. If necessary, the gateway can send the transponder a reply as soon as it receives the data.

Jedenfalls besteht das besondere Problem, dass sowohl während der Empfangszeit, als auch während der Sendung der Antwort ein übliches Gateway keine anderen Telegramme empfangen kann. Daraus resultiert, dass bei einer Sendedauer eines Telegramms von 1 s in einem 10 min Intervall theoretisch eine begrenzte Anzahl von 3.600 Telegrammen übertragen werden können. Allerdings zeichnet sich jetzt bereits ab, dass sich bei einer hohen Verbreitung von IoT-Geräten und einer entsprechend intensiven Nutzung des LoRaWAN die zeitlich nicht synchronisierten Sendungen überschneiden werden und daher von einem LoRaWAN-Gateway nicht empfangen werden können. Folglich ist mit einem Datenverlust von von LoRa-Endgeräten versendeten Daten zu rechnen.In any case, there is the special problem that a normal gateway cannot receive any other telegrams either during the reception time or during the transmission of the response. The result of this is that, with a telegram transmission duration of 1 s in a 10 min interval, theoretically a limited number of 3,600 telegrams can be transmitted. However, it is already becoming apparent that if IoT devices are widely used and the LoRaWAN is used intensively, the transmissions that are not synchronized in time will overlap and can therefore not be received by a LoRaWAN gateway. As a result, data loss from data sent by LoRa terminals can be expected.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein LoRaWAN-Gateway zu schaffen, mit dem der Verlust von von LoRa-Endgeräten ausgesendeten Daten vermieden wird.The object of the invention is therefore to create a LoRaWAN gateway with which the loss of data transmitted by LoRa terminals is avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Gateway mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the gateway with the features of claim 1. The sub-claims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, ein LoRaWAN-Gateway mit wenigstens zwei Empfängern zum Empfang von von LoRa-Endgeräten ausgesendeten Daten auszustatten, wobei die Empfänger zum Empfangen von Daten auf sich voneinander unterscheidenden Frequenzen eingerichtet sind. Derart ausgestattet ist es für ein erfindungsgemäß ausgestaltetes LoRaWAN-Gateway möglich, mehrere auf unterschiedlichen Frequenzen übermittelte Telegramme gleichzeitig zu empfangen, sodass einem Verlust von Daten vorgebeugt und zugleich der Datendurchsatz erhöht wird.The basic idea of the invention is to equip a LoRaWAN gateway with at least two receivers for receiving data sent by LoRa terminals, the receivers being set up to receive data on frequencies that differ from one another. Equipped in this way, it is possible for a LoRaWAN gateway designed according to the invention to receive a plurality of telegrams transmitted on different frequencies at the same time, so that loss of data is prevented and at the same time the data throughput is increased.

Erfindungsgemäß wird also ein LoRaWAN-Gateway mit einem eine erste Antenne aufweisenden ersten Empfänger, der zum Empfang von auf einer ersten Frequenz gesendeten Daten eines ersten LoRaWan-Endgeräts eingerichtet ist, einer mit dem ersten Empfänger verbundenen Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der vom ersten Empfänger empfangenen Daten und einer mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Netzwerk-Schnittstelle zur Bereitstellung der von der Verarbeitungseinheit verarbeiteten Daten an ein Netzwerk vorgeschlagen, wobei wenigstens ein mit der Verarbeitungseinheit verbundener, eine weitere Antenne aufweisender weiterer Empfänger vorgesehen ist, der zum Empfang von auf einer sich von der ersten Frequenz unterscheidenden zweiten Frequenz gesendeten Daten eines zweiten Endgeräts eingerichtet ist.According to the invention, a LoRaWAN gateway with a first receiver having a first antenna, which is set up to receive data transmitted on a first frequency from a first LoRaWan terminal, is a processing unit connected to the first receiver for processing the data received by the first receiver and a network interface connected to the processing unit for providing the data processed by the processing unit to a network is proposed, at least one further receiver having a further antenna connected to the processing unit being provided for receiving signals which differ from the first frequency second frequency transmitted data of a second terminal is set up.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass zeitgleich auf verschiedenen Frequenzen ausgesendete Telegramme unterschiedlicher LoRa-Endgeräte von einem LoRaWAN-Gateway empfangen, gegebenenfalls zwischengespeichert, durch die Verarbeitungseinheit verarbeitet und über die Netzwerk-Schnittstelle an das Netzwerk ausgegeben werden können. Insbesondere können die als Empfänger und/oder die Verarbeitungseinheit für eine reibungslose Verarbeitung der empfangenen Daten einen Speicher zum Speichern der einzelnen Telegramme aufweisen.This configuration ensures that telegrams from different LoRa terminals sent at different frequencies can be received at the same time by a LoRaWAN gateway, possibly buffered, processed by the processing unit and output to the network via the network interface. In particular, the receiver and / or the processing unit for smooth processing of the received data can have a memory for storing the individual telegrams.

Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist auch wenigstens ein eine Antenne aufweisender Sender zum Senden von für den Empfang durch ein LoRaWan-Endgerät bestimmten Daten vorgesehen.According to a first preferred embodiment, at least one transmitter having an antenna is also provided for transmitting data intended for reception by a LoRaWan terminal.

Bevorzugt sind die Empfänger und/oder der Sender jeweils als Bestandteil eines einen Sender oder einen Empfänger aufweisenden Transceivers ausgebildet.The receivers and / or the transmitters are preferably each formed as part of a transceiver having a transmitter or a receiver.

Speziell weisen der erste Empfänger und der wenigstens eine weitere Empfänger jeweils eine zum Empfang von Daten eingerichtete unterschiedliche Bandbreite auf. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass der erste Empfänger und der wenigstens eine weitere Empfänger jeweils einen zum Empfang von Daten mit unterschiedlichem Spreading-Faktor eingerichtet sind.Specifically, the first receiver and the at least one further receiver each have a different bandwidth that is set up to receive data. Additionally or alternatively, it is provided that the first receiver and the at least one further receiver are each set up to receive data with a different spreading factor.

Weiter bevorzugt ist der Abstand der Antennen der Empfänger und/oder Empfänger zueinander jeweils ungleich der halben Wellenlänge der jeweiligen Sende- oder Empfangsfrequenz und ungleich des Vielfachen der halben Wellenlänge der jeweiligen Sende- oder Empfangsfrequenz. Diese Ausgestaltung gewährleistet, dass die Antennen des LoRaWAN-Gateways sich gegenseitig möglichst wenig stören.The distance between the antennas of the receivers and / or receivers from one another is furthermore preferably not equal to half the wavelength of the respective transmission or reception frequency and not equal to a multiple of half the wavelength of the respective transmission or reception frequency. This configuration ensures that the antennas of the LoRaWAN gateway interfere with each other as little as possible.

Dabei sind die als Transceiver ausgebildeten Einheiten aus einem Empfänger und einem Sender bevorzugt mit einer einzigen Antenne zum Empfangen bzw. zum Versenden von Daten verbunden.The units designed as transceivers, comprising a receiver and a transmitter, are preferably connected to a single antenna for receiving or for sending data.

Die Netzwerk-Schnittstelle kann kabelgebunden sein, ist aber bevorzugt eine drahtlose Netzwerk-Schnittstelle, die zur Verbindung des LoRaWAN-Gateways mit einem Netzwerk eingerichtet und genutzt wird. Als Funkschnittstelle ermöglicht die Netzwerk-Schnittstelle die Verbindung mit einem WLAN oder einem Mobilfunknetz.The network interface can be wired, but is preferably a wireless network interface that is set up and used to connect the LoRaWAN gateway to a network. As a radio interface, the network interface enables connection to a WLAN or a cellular network.

Schließlich wird auch ein LoRaWAN mit einem zuvor genannten erfindungsgemäß ausgestalteten LoRaWAN-Gateway beansprucht.Finally, a LoRaWAN with a previously mentioned LoRaWAN gateway designed according to the invention is also claimed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment which is shown in the accompanying drawing and is particularly preferably designed.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels eines LoRaWAN-Gateways nach der Erfindung. Das LoRaWAN-Gateway 100 weist bevorzugt eine von einem (nicht dargestellten) Gehäuse umschlossene Einheit auf, die einen eine erste Antenne aufweisenden ersten Empfänger 10, eine mit dem ersten Empfänger 10 verbundene Verarbeitungseinheit 20 zur Verarbeitung der vom ersten Empfänger 10 empfangenen Daten und eine mit der Verarbeitungseinheit 20 verbundene Netzwerk-Schnittstelle 30 zur Bereitstellung der von der Verarbeitungseinheit 20 verarbeiteten Daten an ein Netzwerk trägt. 1 shows the schematic structure of a particularly preferred embodiment of a LoRaWAN gateway according to the invention. The LoRaWAN gateway 100 preferably has a unit enclosed by a housing (not shown), which has a first receiver having a first antenna 10th , one with the first receiver 10th connected processing unit 20th to process the from the first recipient 10th received data and one with the processing unit 20th connected network interface 30th to provide the processing unit 20th processed data to a network.

Desweiteren trägt die Einheit eine Mehrzahl von ebenfalls mit der Verarbeitungseinheit 20 verbundenen, eine weitere Antenne aufweisenden weiteren Empfängern 10' . Dabei sind der erste Empfänger 10 und die weiteren Empfänger 10' insbesondere (hinsichtlich der Hardware) baugleich ausgestaltet. Die im dargestellten Beispiel gezeigten 12 Empfänger 10, 10' unterscheiden sich jedoch darin voneinander, dass diese (softwareseitig) zum Empfangen und bei einer Ausgestaltung als Transceiver auch zum Senden auf sich voneinander unterscheidenden Frequenzen eingerichtet sind.Furthermore, the unit carries a plurality of also with the processing unit 20th connected, further receivers having a further antenna 10 ' . Here are the first recipient 10th and the other recipients 10 ' in particular (in terms of hardware) designed identically. The 12 receivers shown in the example shown 10th , 10 ' However, they differ from one another in that they are set up (on the software side) for receiving and, in the case of a configuration as a transceiver, also for transmitting on frequencies which differ from one another.

Zusätzlich unterscheiden sich die Empfänger 10, 10' insbesondere durch die (ebenfalls softwareseitig einstellbaren) Paramater Bandbreite und Spreading-Faktor.In addition, the recipients differ 10th , 10 ' in particular due to the parameter bandwidth and spreading factor (which can also be set on the software side).

Claims

LoRaWAN gateway (100) with - a first antenna (10) having a first antenna, which is used to receive a data sent by a first LoRaWan terminal is set up, - a processing unit (20) connected to the first receiver (10) for processing the data received by the first receiver (10) and - a network interface connected to the processing unit (20) (30) for providing the data processed by the processing unit (20) to a network, characterized by at least one further receiver (10 '), which is connected to the processing unit (20) and has a further antenna and which is used to receive signals from a different antenna first frequency distinguishing second frequency data sent from a second terminal is set up.

LoRaWAN gateway (100) after Claim 1 , characterized by at least one transmitter having an antenna for transmitting data intended for reception by a LoRaWan terminal.

LoRaWAN gateway (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the receivers (10, 10 ') and / or the transmitter are each part of a transceiver having a transmitter or a receiver.

LoRaWAN gateway (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first receiver (10) and the at least one further receiver (10 ') each have a different bandwidth set up for receiving data.

LoRaWAN gateway (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first receiver (10) and the at least one further receiver (10 ') each have a different spreading factor for receiving data.

LoRaWAN gateway (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the spacing of the antennas to each other is not equal to half the wavelength of the respective transmission or reception frequency and is not equal to the multiple of half the wavelength of the respective transmission or reception frequency.

LoRaWAN gateway (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the network interface (30) is a wireless network interface.

LoRaWAN with a LoRaWAN gateway (100) according to one of the preceding claims.