Mein Vortrag zum Thema The Things Network, den ich im Rahmen des IoT Hessen MeetUp im Makerspace "Hammertime" in Kassel halten durfte. Er erläutert den Start des TTN, die Grundlagen von IoT und LoRaWAN, die Sicherheit des Netzwerks und zeigt Anwendungsbeispiele.

1. EINFÜHRUNG IN DAS THE THINGS
NETWORK UND LORAWAN
TIM RIEMANN

2. ÜBER MICH
Tim Riemann
• Senior Software Developer
• Initiator des The Things Network Paderborn
• Twitter: @octoate
• Email: triemann@octoate.de
• Xing: Tim_Riemann5
• LinkedIn: tim-riemann

3. AGENDA
Start des The Things Network und des TTN Paderborn
Grundlagen IoT / LoRa
Grundlagen LoRaWAN
Sicherheit
Anwendungsbeispiele
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4. START DES THE THINGS NETWORK
• Gestartet im Juli 2015 in Amsterdam
• Abdeckung innerhalb von 4 Wochen erreicht
• Idee:
• Freies IoT Netzwerk
• Von der Community verwaltet und betrieben
• LoRaWAN – Long Range Wide Area Network
• Lizenzfreies Frequenzband
• Hohe Reichweite, geringer Stromverbrauch

5. AUFBAU EINES GLOBALEN IOT NETZWERKS
ÜBER 7300 GATEWAYS
ÜBER 72000 ANGEMELDETE ENTWICKLER
IN 138 LÄNDERN

6. THE THINGS NETWORK CONFERENCE
ÜBER 1500 ENTWICKLER

7. START DES TTN PADERBORN
• Erstes Treffen im Januar 2018
• C3PB / Freifunk Paderborn
• Gateways
• Vega Systems
• Privatpersonen
• Momentan DIY Gateways mit Raspberry Pi, CH2i Backplane, IMST iC880a oder RAK833
• Kommerzielle Gateways
• Lorix One
• Laird
• The Things Indoor Gateway
• …

8. ANFORDERUNGEN AN IOT ANWENDUNGEN
• Viele Sensoren
• Günstige Hardware
• Lange Laufzeiten
• Hohe Reichweite / Durchdringung
• Einfaches Übertragungsverfahren
• Sicherheit

9. Long Range Wide Area Network

10. LORA
• Basiert auf Chirp Spread Spectrum (CSS)
• U.a. Radaranlagen, Raumfahrt
• Lizenzfreier Frequenzbereich (Europa 868MHz, USA 915MHz)
• Reglementiert
• 1% Duty Cycle
• Max. Sendeleistung 25mW
• Sehr stabil (Spreading Factor SF7 – SF12)
• Hohe Reichweite
• Geringe Übertragungsgeschwindigkeit Quelle: LoRa Alliance – „LoRaWAN 101 – A Technical Introduction“

11. LORA

12. WIRELESS COMMUNICATION
Geeignet für Spotify, Netflix,
Austausch großer Datenmengen
Geeignet für batteriebetriebene,
verteilte Sensoren

13. WIE FUNKTIONIERT DAS NETZWERK?
KNOTEN GATEWAYS NETWORK
SERVER
APPLICATION
SERVER

14. SICHERHEIT
KNOTEN GATEWAYS NETWORK
SERVER
APPLICATION
SERVER
Network Session Key / AES128
Application Session Key / AES128

15. AUTHENTICATION BY PERSONALIZATION
• Personalisierung über feste Werte im Gerät
• Device Address
• Network Session Key
• Application Session Key
• Keine Authentifizierung gegenüber Gateway notwendig
• Warten auf Downlink Window nicht notwendig
• Frame Counter verhindert Replay Attacken
• Nachteil: Keys zur Kommunikation sind immer gleich

16. OVER THE AIR AUTHENTICATION
• Verbindung wird mit dem Gateway ausgehandelt (abgeleitet aus dem
Application Key)
• Device Address
• Network Session Key
• Application Session Key
• Frame Counter verhindert Replay Attacken
• Vorteil: Keys werden mit jeder neuen Authentifizierung am Netzwerk neu
ausgehandelt

17. GATEWAY
✓ Deckt alle Frequenzen ab
✓ Deckt alle Spreading Factors ab
✓ DIY oder kommerziell
✓ Downlink
✓ ABP und OTAA
✓ Preis: ab 70€

18. KNOTEN
• Vielzahl Hardware / Hersteller
• Arduino, Adafruit, Microchip,
Murata, ST, …
• Module mit / ohne LoRaWAN Stack
• LMIC Software Stack
• Standalone Transceiver
• Z.B. HopeRF RFM95W

19. APPLICATION SERVER
• Daten können unter anderem per MQTT abgeholt werden
• APIs für
• Go
• Java
• Node-Red
• Node.js
• Python

20. APPLICATION SERVER INTEGRATIONS

21. ERSTES PROJEKT:
TTN MAPPER

22. ERSTES PROJEKT:
TTN MAPPER

23. Wie kann das The Things Network eingesetzt werden?
ANWENDUNGSBEISPIELE

24. HOOSJE BOOTJE

25. SMART MOUSE TRAP
www.xignal.com

26. AELORA
www.aelora.nl

27. FLOOD.NETWORK
www.flood.network/

28. FLOOD.NETWORK

29. Internet of Life
www.theinternetoflife.com

30. PAX Counter

31. Feinstaubsensor / Luftdaten.info

32. Octopus IoT / Bosch BME680

33. Stratosphären Ballon
Beschleunigung
Magnetfeld
Lage
GPS
LiPo Akku
ESP32
LoRa,
SD Karte
UV Sensor
Lux Sensor
Temperatur
Luftfeuchtigkeit
Luftdruck

34. Macht mit!
LASST UNS DAS NETZWERK WEITER
AUSBAUEN!
BAUT
GATEWAYS
SCHREIBT /
HELFT MIT
OSS
BAUT DIE
COMMUNITY MIT
AUF
TEILT EURE
PROJEKTE!

35. VIELEN DANK FÜR EURE
AUFMERKSAMKEIT!
Tim Riemann
triemann@octoate.de
www.thethingsnetwork.org

36. MEHR INFORMATIONEN
• The Things Network: https://www.thethingsnetwork.org
• The Things Network Paderborn:
https://www.thethingsnetwork.org/community/paderborn/
• Forum: https://forum.ttn-paderborn.de/
• MeetUp: http://bit.ly/MeetUpTTNPaderborn
• Twitter: @ttn_paderborn