Raspberry Pi als NB-IoT Gerät

Je nach Anwendungsfall bietet sich NB-IoT an, um verschiedene Geräte und Maschinen zu vernetzen. Es bietet eine schmalbandige Datenübertragung und eine gute Netzabdeckung.

Der Vortrag zeigt, nach einer kurzen Einführung in NB-IoT, verschiedene Möglichkeiten einen Raspberry Pi als IoT Gerät per NB-IoT anzubinden und Daten zu übertragen. Daneben werden die Vor- und Nachteile einer solchen Lösung beleuchtet.

Vortrag auf der UKW-Tagung/Pi and Radio 2022 in Weinheim
https://piandmore.de/de/conference/par22/schedule/event/12679

Transcript

1. 
   
   RASPBERRY PI ALS NB-IOT GERÄT
   RASPBERRY PI ALS NB-IOT GERÄT
   ANDREAS ZILLY
   ANDREAS ZILLY
   Pi and Radio 2022 - 10. September 2022
   

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2. BIO
   BIO
   Softwareentwickler
   twitter: @AndreasZilly
   https://blog.andreas-zilly.info
   

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3. AGENDA
   AGENDA
   Übersicht LPWAN / NarrowBand-IoT
   NB-IoT Hardware am Raspberry Pi
   Demo
   Fazit
   

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4. ÜBERSICHT LPWAN
   ÜBERSICHT LPWAN
   Low Power Wide Area Network
   

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5. ÜBERSICHT LPWAN
   ÜBERSICHT LPWAN
   Low Power Wide Area Network
   Niedrigenergieweitverkehrsnetz
   

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6. ÜBERSICHT LPWAN
   ÜBERSICHT LPWAN
   Low Power Wide Area Network
   Niedrigenergieweitverkehrsnetz
   Geräte mit geringem Energiebedarf über größere
   Entfernungen drahtlos vernetzen
   

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7. AUSWAHL ANWENDUNGSFÄLLE
   AUSWAHL ANWENDUNGSFÄLLE
   Intelligente Zähler – Smart Metering
   Intelligentes Parken – Smart Parking
   Intelligentes Abfallmanagement – Smart Waste
   Objektortung – Asset Tracking
   Vernetzte Gebäude und Zustandsüberwachung
   

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8. GÄNGIGSTE LPWAN-OPTIONEN
   GÄNGIGSTE LPWAN-OPTIONEN
   NarrowBand Internet of Things (NarrowBand-IoT,
   NB-IoT, LTE Cat-NB)
   Long Range Wide Area Network (LoRaWAN)
   Sigfox
   

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9. ZENTRALE EIGENSCHAFTEN VON NB-IOT
   ZENTRALE EIGENSCHAFTEN VON NB-IOT
   Hohe Reichweite
   Niedriger Energiebedarf
   Hohe Gebäudedurchdringung, auch ohne zusätzliche
   Geräte wie einem speziellen Gateway
   hohe Zuverlässigkeit der Technik und
   Datenübertragung
   hohe Sicherheit der übertragenen Daten
   

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10. DATEN UND FAKTEN
    DATEN UND FAKTEN
    NB‑IoT LoRaWAN Sigfox(EU)
    Frequenzbereich LTE ISM/SDR
    Band
    ISM/SDR
    Band
    max. Datenrate
    (brutto)
    27
    kbit/s
    5,5
    kbit/s(SF7)
    0,1 kbit/s
    max. Datenlänge
    (pro Nachricht)
    >1kB 51 B 12 B
    Quelle: Naumann H. & Oelers W. (2020)
    

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11. LPWAN BETRIEBSMODI
    LPWAN BETRIEBSMODI
    Öffentliches Netz eines Anbieters
    Lokales privates Netzwerk
    Offenes Community Netzwerk
    

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12. DATEN UND FAKTEN
    DATEN UND FAKTEN
    NB‑IoT LoRaWAN
    Betriebsmodi Netzanbieter Netzanbieter, eigene
    Netz, Community
    Kosten Nutzungskosten Investitionskosten(e
    Netz)
    Roaming ja möglich, aber schwie
    

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13. AUSWAHL NETZANBIETER
    AUSWAHL NETZANBIETER
    

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14. Globale Abdeckung
    Pay-as-you go (€0,19pro MB und 0.70 pro
    Device/Monat)
    Pakete
    Pilot Plan $5 (1 SIM mit 1MB pro Monat)
    HTTPS://WWW.HOLOGRAM.IO/
    HTTPS://WWW.HOLOGRAM.IO/
    

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15. Telekom
    Kosten Gerätebasiert
    120 Messages pro Tag
    Starter Kit kostenlos
    HTTPS://IOTCREATORS.COM/
    HTTPS://IOTCREATORS.COM/
    

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16. Hardware + Softwareplatform
    Kontigent bei Hardware dabei
    Pakete
    Pi Starter Kit $80
    HTTPS://BLUES.IO/
    HTTPS://BLUES.IO/
    

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17. ARCHITEKTURÜBERSICHT
    ARCHITEKTURÜBERSICHT
    Internet
    NB-IoT
    Device
    Sensor
    Sensor
    Sensor
    Provider eigene Dienste
    

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18. ÜBERSICHT
    ÜBERSICHT
    komplette Umgebung (Verwaltung, Transport,
    Endpunkte)
    Geräteverwaltung, Transport zu eigenen
    Endpunkten
    "direkter" Internetzugriff (verschiedene Protokolle),
    eigene Endpunkte
    

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19. WAVESHARE
    WAVESHARE
    SIM7020E NB-IoT HAT
    

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20. SIM7020E NB-IOT HAT
    SIM7020E NB-IOT HAT
    Auch ohne Pi nutzbar (STM32, Arduino, Windows)
    AT Kommandos über serielle Schnittstelle
    Unterstützung verschiedener Protokolle
    (LWM2M/COAP/MQTT/TCP/UDP/HTTP/HTTPS)
    SIM Slot
    Low level, DIY (Device und/oder weiterer Stack)
    

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21. BLUES WIRELESS
    BLUES WIRELESS
    

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22. Quelle: blues.io
    

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23. NOTECARD
    NOTECARD
    

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24. NOTECARD
    NOTECARD
    Datenkontingent bei Kauf enthalten
    vorkonfigurierte eSIM
    GPS mit Antennenanschluss
    ARM Cortex-M4 mit 2MB Flash
    Temperatur- und Beschleunigungssensor
    Leistungsregler (Anschluss Batterie, USB, Solar)
    Komplette Kommunikation in JSON
    

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25. NOTECARRIER
    NOTECARRIER
    Raspberry Pi (Grove I2C, Nano-SIM Slot, stackable)
    Adafruit Feather (Qwiic I2C, Nano-SIM)
    weitere Notecarrier für Anschluss eigener MCU
    

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26. NOTEHUB
    NOTEHUB
    Komplette Softwarelösung von Blues Wireless
    Provisionierung, Verwaltung der Nodecards
    Einrichtung von Flotten, Routen
    Reagieren auf Events
    Übersicht Kosten
    

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27. DEMO
    DEMO
    

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28. FAZIT
    FAZIT
    Raspberry Pi Hats sowohl für NB-IoT, als auch
    LoRaWAN
    Ähnliches Preissegement bei HATs
    Kosten für Betrieb bei NB-IoT (Kontingente)
    Kombination von verschiedenen LPWAN Techniken
    

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29. NB-IOT
    NB-IOT
    eine landesweite/internationale Abdeckung
    erforderlich ist
    Geräte über mehrere Standorte verteilt sind
    zuverlässige Datenübertragung nötig ist
    moderade Latenz gefordert ist
    Datenübertragungen über verschiedene
    Netzbetreiber akzeptabel sind
    

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30. LOKALES (PRIVATES) LORAWAN
    LOKALES (PRIVATES) LORAWAN
    lokal kein (stabiles) Mobilfunknetz vorhanden ist
    ausreichende Anzahl an Geräten für Betrieb eigener
    Gateway(s)
    gelegentliche Datenverluste bei der
    Datenübertragung hinnehmbar sind
    geringere Durchsatzraten in Ordnung sind
    die Latenz unerheblich ist
    die Daten das eigene Netz nicht verlassen dürfen
    

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31. DANKE FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT
    DANKE FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT
    This work is licensed under a .
    @AndreasZilly
    
    
    Creative Commons Attribution 4.0
    International License
    

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