BastuvaktEn sensor vid bryggan utan wifi: LTE-M, SIM-kort och antenn
Hur en liten sensor skickar data över mobilnätet utan router. Vad LTE-M är, vilket SIM-kort som räcker i tio år, varför APN:en spelar roll och hur antennen påverkar täckningen.
Kort svar
LTE-M är en del av det vanliga 4G-nätet som är gjord för små, strömsnåla enheter. En sensor med ett LTE-M-modem och ett IoT-SIM behöver varken wifi eller router. Ett engångs-SIM med 500 MB i tio år räcker för en temperaturmätare som skickar en gång i timmen. Ställ in SIM-leverantörens APN i programvaran och välj en antenn som täcker de låga banden runt 800 MHz.
Många föreningsbastur ligger vid vattnet, långt från närmaste router. Wifi till bryggan betyder en router någonstans med el, ett abonnemang och någon som startar om den. Bastuvakt går i stället direkt på mobilnätet. Här är hur det fungerar och vad du behöver om du bygger själv.
Vad är LTE-M?
LTE-M (LTE Cat-M1) är en standard för sakernas internet som körs i operatörernas vanliga 4G-nät. Jämfört med en mobiltelefon:
- Låg datatakt. Upp till ungefär 1 Mbit/s, vilket är mer än nog för några temperaturer.
- Bättre räckvidd. Standarden har inbyggd täckningsförstärkning: modemet kan upprepa sändningen tills den går fram, vilket hjälper i en källare eller vid en strand.
- Strömsnål. Modemet kan sova mellan sändningarna utan att släppa nätet helt.
NB-IoT är en släkting med ännu lägre datatakt och ännu bättre räckvidd, men den passar sämre för enheter som flyttar sig eller ska uppdateras över luften. Walter-kortet vi använder klarar båda. Bastuvakt använder LTE-M; NB-IoT är inte påslaget i vår firmware.
2G- och 3G-näten stängs ned i Sverige, så äldre GSM-moduler är ett dåligt val för något nytt.
SIM-kortet
Ett vanligt mobilabonnemang fungerar ofta, men ett IoT-SIM är byggt för det här: ingen månadsavgift för samtal, ofta roaming mellan flera nät och priser per enhet i stället för per månad.
Vi använder 1NCE Lifetime Flat: ett engångspris för 500 MB och 250 SMS under tio år. Det säljs bara till företag. Andra leverantörer har månadsavgift och mer data. Kolla alltid:
- Vilka nät kortet får använda i Sverige. Det står i leverantörens täckningslista och avgör om det fungerar vid just er brygga.
- Att LTE-M ingår. Inte alla IoT-SIM har LTE-M i alla länder.
- APN:en, namnet på leverantörens nät för data. Den ska in i programvaran.
Räcker 500 MB i tio år?
Räkna baklänges: 500 MB på tio år är ungefär 137 kB per dygn, eller runt 5,7 kB för varje sändning om noden skickar en gång i timmen.
Vår nod mäter var 15:e minut och skickar en gång i timmen, som en enda krypterad rapport. Krypteringssessionen (DTLS) sparas mellan sändningarna, så ingen ny handskakning behövs varje gång. Rapporten ryms i ett datagram under 1 280 byte, och med fyra mätningar blir den betydligt mindre än så. Det ger god marginal.
Den stora posten är uppdateringar av firmware. En uppdatering på runt 350 kB är lika mycket data som ett par månaders rapporter. Det är fortfarande lite, men det är skälet till att man inte ska skicka ut nya versioner i onödan.
Räkna själv
Ska noden skicka oftare, till exempel var femte minut, blir det tolv gånger så många sändningar. Räkna med paketens storlek plus omkring 30–60 byte i overhead för IP, UDP och kryptering per paket.
APN: det vanligaste felet
Modemet behöver veta vilket nät det ska koppla upp sig mot för data. Många IoT-SIM fungerar med en tom APN, men inte alla. 1NCE kräver sin egen, iot.1nce.net. I vår Zephyr-firmware sätts den i konfigurationen:
CONFIG_MODEM_CELLULAR_APN="iot.1nce.net"
Fel APN ger ett modem som registrerar sig i nätet men aldrig får någon dataförbindelse. Det ser ut som dålig täckning, men är det inte.
Antennen
- Starta aldrig modemet utan antenn. Sändaren kan ta skada.
- De låga banden räcker längst. Frekvenser runt 800 MHz går längre och genom fler väggar än de höga. Band 20 (800 MHz) är ett vanligt band för LTE-M i Europa. Kontrollera vilka band operatören använder och att antennen täcker dem: band 20 tar emot på 791–821 MHz.
- Inne i lådan går ofta bra. Plastlådan och en trävägg släpper igenom signalen. En metallvägg, ett plåttak eller bastuns aluminiumfolie gör det inte. Vår låda sitter i förrummet: signalen ska ut genom förrummets väggar, inte genom bastun.
- Mät och jämför. Modemet rapporterar signalstyrkan. Vår nod skickar den med i varje rapport, så det syns direkt om en yttre antenn gör skillnad.
Vi har en liten kretskortsantenn inne i lådan och en yttre spöantenn som jämförelse. Kretskortsantennen är specificerad från 800 MHz, strax över band 20, så vi vill se hur den klarar sig i praktiken innan vi bestämmer oss. Alla delar finns i inköpslistan.
Strömmen
Ett modem som sänder drar korta strömtoppar, mycket mer än medelförbrukningen. Därför sitter en stor kondensator (1 000 µF) vid matningen på vårt kort, och adaptern är på 4 A fast medelförbrukningen är en bråkdel av det. Batteridrift är inte byggd än. Den kräver att modemet sover djupt mellan sändningarna och är något vi testar senare.
Vanliga frågor
Kan en sensor skicka data utan wifi?
Ja. Med ett LTE-M- eller NB-IoT-modem och ett IoT-SIM går den direkt på mobilnätet, utan router.
Vad är skillnaden mellan LTE-M och NB-IoT?
Båda är standarder för små enheter i 4G-nätet. LTE-M har högre datatakt och klarar uppdateringar och rörelse bättre. NB-IoT har lite bättre räckvidd och lägre datatakt.
Hur mycket data använder en temperaturgivare?
Lite. Med en rapport i timmen och en sparad krypteringssession räcker 500 MB i tio år med god marginal. Uppdateringar av programvaran är den största posten.
Vilken APN har 1NCE?
iot.1nce.net. Den måste ställas in i modemets eller programvarans inställningar.