So funktioniert GPS-Ortung über LoRa

Die Kurzfassung

Ein LoRa-GPS-Tracker erledigt zwei Aufgaben. Sein GPS-Empfänger bestimmt die Position aus Satellitensignalen - dafür braucht er überhaupt kein Netz. Sein LoRa-Funk trägt diese Position dann mit sehr wenig Energie weit zu einem anderen LoRa-Funkgerät, das ihr dabeihabt. Mit Nelos fragt euer Handy - per Bluetooth mit eurem Funkgerät gekoppelt - den Tracker nach seiner Position und zeigt die Antwort auf einer Offline-Karte. Dazwischen gibt es keine SIM, keinen Funkmast und keinen Server; deshalb funktioniert es ohne Netz. Die Kompromisse: die Reichweite, die vom Gelände abhängt, und die Update-Geschwindigkeit, die in Sekunden bis Minuten gemessen wird statt kontinuierlich.

Die Bausteine

1. Der Tracker - ein kleines Akkugerät mit GPS und LoRa-Funk, am Halsband, im Rucksack oder am Fahrrad. Kein Display, kein Handy nötig.
2. LoRa - kurz für „Long Range“. Ein Funkverfahren, das Datenrate gegen Empfindlichkeit tauscht, sodass kleine Nachrichten mit wenig Leistung weit gehört werden. Es nutzt lizenzfreie Frequenzbänder, die je nach Region verschieden sind, etwa 868 MHz in Europa und 915 MHz in Nordamerika.
3. MeshCore - die Open-Source-Firmware auf Tracker und Funkgeräten. Sie regelt, wie Nachrichten adressiert, von Repeatern weitergeleitet und beantwortet werden. Nelos spricht MeshCore; deshalb brauchen Tracker MeshCore-Firmware. (Siehe Was ist MeshCore?)
4. Euer Funkgerät - ein kompatibles LoRa-Gerät, das ihr dabeihabt, per Bluetooth mit dem Handy gekoppelt.
5. Nelos - die App, die Positionsabfragen sendet, Tracker auf einer Offline-Karte zeigt, sichere Zonen prüft und den Verlauf auf eurem Handy speichert.

Abgefragt, nicht gestreamt

Ein Mobilfunk-Tracker kann seine Position alle paar Sekunden hochladen, weil ein Mobilfunknetz reichlich Kapazität hat. Ein LoRa-Kanal ist ganz anders:

• Jede Nachricht braucht Sendezeit. Bei den Langstrecken-Einstellungen, die LoRa nützlich machen, kann ein einziges kleines Paket den Kanal einen großen Teil einer Sekunde oder länger belegen.
• Der Kanal wird geteilt. Alle Funkgeräte in Reichweite - eure und womöglich die anderer - wechseln sich auf derselben Frequenz ab.
• Regeln begrenzen das Senden. In manchen Regionen, auch in weiten Teilen Europas, dürfen Funkgeräte auf diesen Bändern nur einen kleinen Teil der Zeit senden.
• Akkus sind klein. Senden ist das, was einen Tracker am meisten Strom kostet.

Deshalb lässt Nelos Tracker nicht ständig senden. Euer Handy fragt über euer Funkgerät, und der Tracker antwortet mit seiner letzten Position und dem Akkustand:

• Automatisch alle paar Minuten, mit eingeschalteter Hintergrundverbindung auch bei ausgeschaltetem Bildschirm.
• Auf Wunsch mit „Aktualisieren“.
• Im Suchmodus viel häufiger, jeweils für begrenzte Zeit - häufige Updates während einer Suche, auf Kosten von mehr Tracker-Akku.
• Gar nicht, solange die Ortung pausiert ist - das spart Akku; „Aktualisieren“ funktioniert weiter.

Das bedeutet „Echtzeit“ realistisch ohne Mobilfunknetz: eine frische Position, wann immer ihr fragt, in Reichweite - keine Sekunde-für-Sekunde-Linie auf der Karte.

Wie aktuell ist die Position?

Solange ein Tracker den Himmel sieht, hält sein GPS einen aktuellen Fix, und jede Antwort zeigt, wo er jetzt ist. In Gebäuden, unter dichtem Bewuchs oder im Auto kann das GPS den Fix verlieren. Der Tracker antwortet dann trotzdem über LoRa, wiederholt aber seine letzte gute Position. Nelos zeigt, wie alt die letzte Position ist - so erkennt ihr den Unterschied zwischen „er ist jetzt hier“ und „er war zuletzt hier“.

Die Genauigkeit entspricht normalem GPS: meist einige Meter unter freiem Himmel, schlechter zwischen Gebäuden, in Schluchten und unter dichten Bäumen.

Was die Reichweite bestimmt

Niemand kann ehrlich eine LoRa-Reichweite versprechen. Dasselbe Gerätepaar kann vom Hügel aus ein ganzes Tal überbrücken und in einer dichten Stadt nur ein paar Straßen weit kommen. Am meisten zählen:

• Sichtverbindung. Hügel, Gebäude und der Boden selbst blockieren das Signal; Bäume, nasses Laub und Menschen schwächen es.
• Höhe. Eines der Funkgeräte anzuheben hilft mehr als fast alles andere. Ein Tracker am Hundehals sitzt dicht am Boden - das kostet Reichweite.
• Antennen und Hardware. Kleine eingebaute Antennen tauschen Reichweite gegen Größe.
• Funkeinstellungen und Region. Frequenz, Leistungsgrenzen und die Einstellungen eures Netzes spielen mit.
• Repeater. Ein Repeater an erhöhter Stelle empfängt Nachrichten und leitet sie weiter, sodass zwei Geräte, die sich nicht hören, über ihn verbunden sind.

Normale Funkgeräte und Tracker leiten standardmäßig keine Nachrichten für andere Geräte weiter. Repeater tun das, und manche kompatiblen Funkgeräte und Tracker lassen sich in einen Repeater-Modus schalten, der mehr Akku verbraucht. Kehrt ihr oft ins selbe Gebiet zurück, ist ein gut platzierter Repeater meist die größte einzelne Verbesserung - siehe Braucht ihr einen LoRa-Mesh-Repeater?

Sichere Zonen: geprüft auf eurem Handy

Eine sichere Zone ist ein Kreis - 100 m bis 2 km -, den ihr um einen Ort wie Zeltplatz oder Hütte zieht und einem oder mehreren Trackern zuordnet. Der Tracker weiß davon nichts. Bei jeder neuen Position vergleicht Nelos auf eurem Handy sie mit der Zone. Hat ein Tracker die Zone eindeutig verlassen - Nelos wartet auf eine zweite, bestätigende Position, um Fehlalarme durch GPS-Schwankungen zu vermeiden -, bekommt ihr eine Benachrichtigung und eine weitere, wenn er zurückkehrt. In der Praxis kommt die Meldung meist innerhalb weniger Minuten nach dem Überschreiten, und nur solange euer Funkgerät verbunden und in Reichweite des Trackers ist.

Einen Tracker einrichten

Mit verbundenem eigenem Funkgerät fügt ihr einen Tracker in Nelos hinzu, während er nah am Handy liegt. Nelos stellt ihn per Bluetooth auf die Frequenzeinstellungen eures Funkgeräts ein, damit sich beide hören. Ändert ihr später Land oder Frequenz eures Funkgeräts, fügt den Tracker erneut hinzu. Tracker erscheinen für euer Team auf der gemeinsamen Karte; die Gratisversion enthält einen Tracker pro Team.

Wohin die Positionen gehen

Positionsabfragen und Antworten laufen per Funk zwischen euren Geräten. Nelos braucht kein Konto und schickt Tracker-Positionen an keinen Cloud-Dienst; der Verlauf der empfangenen Positionen wird nur auf eurem Handy gespeichert. Wie jedes Funksignal können LoRa-Übertragungen von anderen Geräten in Reichweite empfangen werden - seht es also als Werkzeug zur Abstimmung eurer Gruppe, nicht als Tresor.

LoRa-Ortung im Vergleich

• gegenüber Mobilfunk-Trackern: Mobilfunk erreicht euch von überall mit Netz, meist mit Abo; LoRa funktioniert ohne Netz, aber nur in Funkreichweite.
• gegenüber Bluetooth-Tags wie AirTag: Tags sind auf Passanten angewiesen; mit LoRa fragt ihr den Tracker direkt. Siehe AirTag oder GPS-Tracker.
• gegenüber Satellit: Satellit funktioniert fast überall und erreicht Rettungsdienste, meist mit Abo; LoRa hält eine Gruppe vor Ort ohne laufende Kosten in Verbindung. Siehe LoRa-Mesh oder Satelliten-Messenger.

Wofür es sich eignet

GPS-Ortung über LoRa spielt ihre Stärken aus, wenn die Menschen und Dinge, die ihr ortet, ein paar Hügel um euch herum bleiben: ein Hund am Lager oder auf dem Weg, Kinder auf dem Campingplatz oder Festival, eine Wandergruppe, die sich entlang einer Route verteilt. Einen fertigen Tracker findet ihr mit dem SenseCAP T1000-E oder den anderen kompatiblen Trackern.