Yeni geliştirdiğimiz LoRaWAN Tracker’ın testleri ile ilgili paylaşımlara bu yazıyla başlıyoruz 🙂

Bir önceki yazımızda kısaca LoRa ve LoRaWAN teknolojisinden bahsetmiştim, eğer bir önceki yazıyı okumadan bu yazıya geldiyseniz lütfen önce onu okuyun, yok zaten LoRaWAN teknolojisinden haberseniz o zaman sorun yok 🙂

Güncelleme (12 Ekim 2021) : Tracker hazır https://github.com/lightaprs/LightTracker-1.0 adresinden detaylı bilgiye erişebilirsiniz.

Bildiğiniz gibi uzun bir süredir uçuşlarımızda kendi geliştirdiğimiz ve tüm dünyaya sattığımız LightAPRS Tracker‘ı ve dolayısıyla Amatör Telsizcilerin kullandığı APRS teknolojisini kullanıyorduk.

Fakat artık herkes bu hobiyle rahatça uğraşabilsin diye, lisansız bantlarda çalışan ve de  LoRa/LoRaWAN teknolojisini kullanan yeni bir modül üzerinde çalışıyoruz. Üzerinde çalışıyoruz derken aslında donanım işi biteli çok oldu, fakat LoRaWAN kompleks bir teknoloji olduğu için benim bu teknolojiyi hem kendi donanımıza uygun hale getirmem, hem piko balon uçuşları için optimize etmem, hem de son kullanıcı için basit bir hale sokmam gerekiyordu.

Sırf bu yüzden birkaç defa kodunu baştan yazdım. Fakat son hali içime sindiği için testlerini sizinle de paylaşmak istedim. Birkaç testten sonra muhtemelen cihazı satışa sunacağız.

Cihaz hakkında detaylı bilgiyi ayrı bir yazıda daha detaylı vereceğim ama özetle şunları söyleyebilirim. Yine Arduino tabanlı, yine açık kaynaklı yazılım, yine hafif (hatta bu daha hafif, yaklaşık 5.5 gram :)) LoRa nedeniyle çıkış gücü çok daha düşük bu yüzden enerji tüketimi çok daha az, son olarak bir de fazladan 3 eksenli ve pusulası olan bir ivme ölçer var. Tabii ki GPS ve sıcaklık/basınç modülü de aynen devam.

Yeni modülün daha hafif olduğunu söylemiştim. Bu yüzden tüm sistemin toplamı (payload) yaklaşık 10.65 gram oluyor. Bu ağırlığa da bir adet solar panel, 2 adet kapasitör, çeyrek dalga tel anten (8.63 cm) ve bağlantılar için misina teli dahil. (50 gramlardan nerelere geldik :))

Bu arada LoRaWAN’da da maalesef APRS’te olduğu gibi frekans kullanımında bir standart yok. Dünyanın farklı ülkeleri veya bölgeleri farklı farklı frekanslar kullanıyor.

Sadece frekansları farklı olsa yine iyi, bölgelerin LoRaWAN parametreleri biri birilerinden çok farklı ve bir sürü farklı kuralı var. LoRaWAN ağları açık sistemleri olmadığı için cihazınızın ilgili LoRaWAN ağına bağlanabilmesi için bir nevi login olması gerekiyor. Fakat bunun için de doğru bölgenin ayarı ile login olmanız gerekiyor.

Önemli Not: Bizim kullandığımız LoRa radyo modülü sadece 850-930 MHz arasında çalışıyor. Bu da dünyadaki hemen hemen tüm LoRaWAN bölgelerini destekliyor demek. Bir tanesi hariç o da Çin. Maalesef Çin’deki TTN ve Helium gibi public LoRaWAN ağları 470-510 MHz aralığını kullanıyor. Bu yüzden balonlarımız Çin’den geçerken sinyal yollayamıyor 😦

Bu yüzden APRS’te olduğu gibi GPS modülünden aldığım koordinatlar ile geofencing yaparak balonun bulunduğu bölgeye uygun ayarla login isteği gönderiyorum. Kullandığım kütüphane de her bölgeyi desteklemediği için bazı bölgeler için özel ayarlar yapmam gerekiyor. Bu kısmı adam edinceye kadar ne simülasyonlar, ne testler ve ne ayarlar yapmak zorunda kaldım bir bilseniz 🙂

Yaklaşık 6 ay uğraştım diyebilirim hem kullandığım LoRaWAN kütüphanesiyle hem de şu lanet olası LoRaWAN Regional Parameters dokümanı ile 🙂 Neyse bu sayede LoRaWAN’ın çalışma mantığını daha iyi anladım ve son kullanıcı açısından daha basit kullanılabilir hale getirebildim. (Bakmayın şikayet ettiğime, sorun yaşamadan, zorluk çekmeden, alın teri dökmeden hiç birşey kazanılamıyor ve öğrenilemiyor)

Bugünkü test sırasında kapsama ağının geniş olması ve dünyanın en hızlı büyüyen LoraWAN ağı olması nedeniyle Helium‘u tercih ettim. Sizinle paylaşmadığım ilk testleri TTN ile yapmıştım zaten, fakat o zaman Helium bu kadar büyük değildi, fakat şimdi solladı geçti 🙂

Tabii Helium Console’da gözüken veriler son kullanıcıya uygun değil. Bu verilerin daha anlaşılabilir gözüktüğü ve LoRaWAN cihazlarına hizmet veren bazı siteler var. Bu Helium Console’una kaydettirdiğiz cihazı üçüncü parti bir site ile entegre etmeniz gerekiyor. Benim en çok beğendiğim, Helium ile hazır entegrasyonu bulunan ve belli bir cihaz sayısına kadar ücretsiz olan https://cayenne.mydevices.com

Cayenne’in en güzel özelliği cihaz kaydının kolay olması ve sensör verilerinin ana ekranında (Dashboard) hemen gözükmesi, sadece bazı sensörlerin başlıklarını düzenlemek gerekiyor. 19 Temmuz saat 14:00’de yolladığımız PBF-20 numaralı test uçuşundaki balonumuzun verileri Cayenne konsolunda da aşağıdaki gibi gözüküyor.

Birinci gün (19 Temmuz 2021):

Gördüğünüz gibi konsolda tüm verileri görebiliyoruz. Bir tek eksik olan irtifa (altitude) verisi. Aslında yolluyoruz ama ana ekranda gösteremedim bir türlü, haritada sadece koordinatları kullanıyor, yüksekliği göstermiyor. Bir sonraki uçuşta ayrıca yollayıp göstereceğim.

Genel olarak sistemin nasıl çalıştığı hakkında bilgi verdikten sonra biraz da ilk günkü uçuştan bahsetmek istiyorum. Açıkçası sistem gayet iyi çalıştı ve de güneşin batmaya başladığı saat 18:33’e kadar sinyal alabildik Karadeniz açıklarında. Piko balonlarda pil yerine genelde kapasitör kullanıldığından güneş batmaya geçtiği anda cihazın enerjisi yeterli gelmiyor. Bu yüzden yaz aylarında genelde en fazla saat 18:00’e kadar çalışabiliyor.

Bu testteki amacım yazdığım en son kodun en azından Avrupa bölgesi (EU868) için doğru çalışıp çalışmadığını görmekti ve gayet güzel çalıştı. Özellikle SF10 parametresi kullanarak çok uzaktan sinyal alıp alamayacağımızı görmek istiyordum ki balonumuz en son konumundan Romanya kıyılarına kadar sinyal gönderebildi.

Bu bilgiye de Helium Console’dan balonumuzun en son sinyalini alan Ancient Gingham Gorilla isimli, Romanya’nın karadeniz kıyısındaki bir hotspot’un konumuna bakarak anlıyoruz.

Balonumuzdan son sinyal aldığımız koordinat ile hotspotun koordinatı arasındaki mesafeyi ölçünce de, aşağıdaki gibi aralarında yaklaşık 354 km. mesafe olduğunuz görüyoruz. LoRa sinyalleri de APRS’teki gibi LoS (Line of Sight) yani arada bir engel olmadan direkt görüş olduğu sürece kilometrelerce uzağa gidebiliyor. Hem de basit bir tel anten ile 🙂

Balonumuz son hava tahminlerine göre önce Arabistan yarım adasına oradan da Afrika kıtasına ilerleyecek. Arabistan’da Helium hotspot’ları var, bu yüzden oradayken sinyal alma olasılığımız var ama üçüncü gün oradan geçmesini bekliyoruz. Yarın, yani ikinci gün İran üzerinde uyanacak ama maalesef İran’da henüz Helium hotspot yok.

Üçüncü Gün (21 Temmuz 2021 – 09:47):

İlk gün paylaştığımız gibi balonumuzda ikinci günde yani İran üzerinde sinyal alamamıştık ama üçüncü gün sabahında Katar üzerinde sinyal aldık. Şu an balonumuz Suudi Arabistan’a doğru ilerliyor. Maalesef o bölgede Helium hotspot sayısı az. Bu yüzden akşama kadar başka sinyal alabilir miyiz emin değilim.

Üçüncü Gün (21 Temmuz 2021 – 17:33):

Aslında akşama doğru sinyal almayı beklemiyordum ama Riyad yakınlarındaki bir hotspot üzerinden sadece iki adet sinyal alabildik. Hiç yoktan iyidir 🙂 Yarın yani dördüncü gün Mekke’nin kuzeyinde sinyal almayı umuyorum.

Dördüncü Gün (21 Temmuz 2021 – 23:00):

Dördüncü gün de balonumuzdan sinyal aldık ama maalesef telemetry datası alamadık, sadece join (login) isteklerini gördük öğleden sonra 14:25’ten 16:51’e kadar aşağıdaki gibi.

Peki bu tam olarak ne demek. Yazının başında paylaştığımız gibi cihazın Helium LoRAWAN ağına bağlanabilmesi için önce login olması gerekiyor. Bunun için modülümüz önce sistemdeki kayıtlı parametreler ile bir “Join Request” yolluyor, sisteme katılma onayı alınca da sinyali duyan hotspot geriye “Join Accept” yolluyor. Eğer modülümüz bu sinyali duyabilirse o zaman ondan sonra lokasyon, sıcaklık, hız, vs. gibi verileri yollamaya başlıyor.

Peki nasıl oluyor da hotspot, modülün sinyalini duyabiliyorken tam tersi olmuyor. Bunun nedeni genelde hotspot antenlerinin polarizasyonu/kazançları ve konumlamaları ile ilgili oluyor. Örneğin eğer antenleri evin içinde ise ve düşük kazançlı ise, hotspot’ların yolladığı sinyaller balona ulaşmayabilir.

Peki GPS verisi olmadan balonun nerede olduğunu bilemiyor muyuz? Tam olarak bilemesek de yaklaşık konumunu bilebiliyoruz. Çünkü balonun sinyallerini duyan az sayıdaki hotspot’ların hepsi Suudi Arabistan’ın Cidde şehrinde. (Örneğin bakınız: Sleepy Sand Canary) Dolayısıyla balonumuzun bu şehirdeki bir hotspot’a sinyal yollayabilmesi için maksimum 350 km uzakta olması gerek.

Onuncu Gün (27 Temmuz 2021 – 23:00):

Balonumuzda uzun bir süre haber alamayınca doğuya doğru döndüğünü düşünmüştüm ama meğerse önce batıya doğru yani Afrika kıtasına doğru gitmiş sonra kısa bir süre için Afrika’nın kuzeyine sonra da tekrar doğuya doğru dönmüş. Afrika’da henüz hotspot sayısı çok az olduğu için de sinyal alamamışız.

Neden derseniz 27 Temmuz sabahında bir adet “join request” isteği gelmiş Lübnan’daki bir hotspot’a. (Dizzy Latte Robin) fakat başka sinyal gelmemiş. Sinyal gücü (SNR) çok düşük olduğu için muhtemelen çok uzaktan geçiyordu.

Konum alamadık ama en azından balonumuzun halen uçtuğunu ve yaklaşık konumunu biliyor durumdayız. Orta Asya da hotspot açısından henüz bakir, umarım bir yerlerden sinyal alabiliriz balonumuz düşmeden. Çünkü 9 bin metre civarında uçan parti balonları genelde 15 günden fazla havada kalamıyor 😦