In diesem Beitrag geht es um das Helium-Netzwerk, eine dezentrale, blockchain-basierte Lösung für das Internet der Dinge (IoT), die sich auf LoRaWAN-Technologie stützt. Das Helium-Netzwerk ermöglicht es, IoT-Geräte kostengünstig und energieeffizient miteinander zu verbinden, und bietet dabei Anreize in Form von Kryptowährung, den sogenannten Helium Network Tokens (HNT), für diejenigen, die als Miner am Netzwerk teilnehmen. Ich werde meine Erfahrungen mit dem Helium-Mining und dem Einsatz von IoT-Geräten im Netzwerk teilen, Geschäftsmodelle und Anwendungsfälle für verschiedene Akteure erörtern und einen Vergleich zu anderen LoRaWAN-Netzwerken wie The Things Network (TTN) anstellen. Wenn du dich für IoT, Kryptowährungen oder dezentrale Technologien interessierst, bist du hier genau richtig!
Meine Erfahrungen mit Helium-Mining und IoT-Geräten
Seit mehreren Monaten bin ich unter die Helium Miner gegangen. Ich habe mir ein Hotspot mit Antenne gekauft, sie auf meinem Balkon installiert. Als Hobby ist das Thema auf jeden Fall großartig. Es macht Spaß IoT Geräte zu bauen und diese mit seinem eigenen Hotspot zu verbinden.
Die Kryptowährung von Helium hat die Bezeichnung „Helium Network Tokens“ mit dem Kürzel „HNT“. Meine Einnahmen waren im ersten Monat weit unter meinen Erwartungen. Zum aktuellen Zeitpunkt habe ich etwa 2 HNT an Einnahmen pro Monat. Zu Hochzeiten wäre das bis zu 100$. Mit dem aktuellen Kurs sind das jedoch etwa 3$. Finanziell lohnt es sich mit dem aktuellen Kurs rein fürs Mining nicht. Dennoch kann es sich lohnen, wenn man die Technik für IOT Anwendungsfälle nutzt. Ich will in diesem Beitrag meine Reise mit Helium und LoRaWAN dokumentieren.
Geschäftsmodell von Helium und Nutzergruppen
Schnell und einfach reich wird mit man mit Helium nicht. Dafür ist das Helium Mining aber auch nicht gedacht. Helium umspannt ein globales Netzwerk aus LoRaWAN Gateways, mit dem man spannende Geschäftsmodelle aufbauen kann. Der Preis für die Nutzung des Helium Netzes ist so attraktiv, dass es sich lohnt, IoT Geräte über dieses Netzwerk zu betreiben.
Auf der Webseite von Helium gibt es einen einfachen Rechner. Für ein Gerät, was alle 10 Minuten ein Datenpaket versendet, wären die jährlichen Kosten für die Vernetzung bei etwa 0,53 $. Das sind Welten, wenn man die Kosten von diesem Netzwerk, mit dem vom Mobilfunknetz vergleicht. Im Mobilfunknetz müsste ich als Hobby Entwickler 5-10 € pro Monat pro Sensor für eine Sim-Karte zur Hand nehmen. Man kann natürlich alternativ auch W-LAN oder Bluetooth nutzen, aber dafür müssen die Sensoren immer in Reichweite von einem Empfänger sein.
IoT-Unternehmen und Sensorhersteller
Sensor Hersteller haben ein Interesse daran, dass ihre Kunden die Geräte problemlos einrichten und nutzen können. Das LoRaWAN Netz von Helium eignet sich besonders gut für die Vernetzung, weil es eine sehr gute Abdeckung hat. Die Einrichtung ist wenig technisch aufwendig, und der Applikationsserver kann vollständig über die Weboberfläche gesteuert werden.
Die Helium-Webseite listet einige industrielle Anwendungsfälle auf. Doch mein Eindruck ist, dass Helium bei diesen noch nicht so stark ist. Die Liste von Unternehmen, die Helium nutzen, ist überschaubar. Das ist der Tatsache geschuldet, dass Helium noch recht neu ist und noch keine große Adoption erzielt hat.
Die Preise für Hobby-Entwickler und Industrielle Nutzer des Helium LoRaWAN Netzes gilt die gleichen Bedingungen. Es gilt der uniforme Preis pro Paket und keine Abstufungen bei der Qualität (z.B. über SLA-Level).
Vergleich zum „The Things Network“ (TTN): Es gibt für industrielle Anwendungsfälle The Things Industries. Hier gibt es ein „Free“-Plan für bis zu 10 Geräte. Will man skalieren liegt der Preis für die nächste Stufe mit bis zu 1000 Geräten bei 190€ pro Monat. Dafür wird aber auch eine Erreichbarkeit in Form eines SLAs garantiert.
Hobby-Entwickler und Helium: Möglichkeiten und Grenzen
Ich selber bin Hobby Entwickler und habe große Freude daran, meine Sensoren irgendwo hinzustellen und Daten zu sammeln, mit denen ich irgend etwas kreatives anfange. Vor kurzem habe ich eine kleine Wetterstation gebaut, die mit Batterien betrieben werden kann, und die ich irgendwo hinstellen kann. Alleine mit den Batterien kann der Sensor mehrere Wochen funktionieren und sendet zuverlässig die Daten an meine MQTT Instanz. Die Daten visualisiere ich in meinem Home Assistant.
Sensor Nutzer möchten idealerweise keine große Eintrittshürde haben. Es ist unkompliziert, sich in der Helium-Konsole anzumelden, Data Credits zu kaufen und mit der Vernetzung der Geräte zu beginnen.
Vergleich zum „The Things Network“ (TTN): TTN bietet in der Community Variante eine kostenlose Möglichkeit, das LoRaWAN Netz zu nutzen. Dabei gilt die Fair-Use Policy. Was es schlussendlich bedeutet, hängt von vielen Parametern (wie z.B. Größe der Payload) ab. Doch hier ist ein kleines Rechenbeispiel:
So while for a 1% maximum duty cycle it may send another packet after waiting 12.3 seconds, when sending all day long then on average it may only send this packet on this data rate once every 354.6 seconds, or 5.9 minutes.
Fair Use Policy Explained
Als Hobby Entwickler kommt man mit dieser Limitierung klar, man kommt aber auch schnell an die Grenzen. Bei Helium wären das Kosten in Höhe von jährlich etwa 0,88$ pro Jahr. Als Entwickler muss man selbst entscheiden und schauen, welches Netzwerk besser die eigenen Anforderungen erfüllt.
Helium-Mining und Crypto-Enthusiasten
Es gibt natürlich auch die Enthusiasten, die von dezentralen Systemen überzeugt sind. Bei Helium kommt nicht nur ein dezentrales Netz ins Spiel, hier kann man mit Mining Wert in Form von Netzabdeckung schaffen. Alle Miner im Helium Netz erhöhen und verbessern die Abdeckung des Netzes. Wenn Unternehmen oder Nutzer des Helium Netzes Datenpakete über die Helium Gateways der Miner versenden, verdienen die Miner zusätzlich an den Datenpaketen mit. Mithilfe von Helium kann man mit Netzabdeckung und Datenpaketen ein passives Einkommen schaffen.
Bedeutung der Antennenposition für den Mining-Erfolg
Für gute Einnahmen ist die Position der Antenne von entscheidender Bedeutung. Es ist zwar möglich, eine LoRaWAN Antenne auch innerhalb von Räumen zu betreiben, doch hier werden die Einnahmen verschwindend gering. Es ist eine Außenantenne empfehlenswert, bei dem die Höhe idealerweise über den Gebäuden in der Umgebung ist. Ist dies gegeben, kann man gute Einnahmen generieren.
Da alle Einnahmen aller Hotspots öffentlich ist, kann man sich ein gutes Bild davon machen, wie groß der Einfluss der Antennenposition ist. Meine Antenne ist auf meinem Balkon angebracht. Meine Wohnung ist jedoch in der ersten Etage und die Antenne ist somit unterhalb der Dächer meiner Umgebung. Zusätzlich liegt Schwetzingen im oberrheinischen Tiefland.
Wenn man in meiner Umgebung schaut, ist Leimen in der Nähe. Die Stadt liegt hinter Heidelberg und liegt am Hang des oberrheinischen Tieflandes an einer erhöhten Position. Die LoRaWAN Gateways in Leimen verzeichnen deutlich überdurchschnittliche Einnahmen (blaue Kennzeichnung). In Schwetzingen dagegen, was im Tal liegt, sind die Einnahmen unterdurchschnittlich (rote oder gelbe Kennzeichnung). Bevor man überlegt, Helium Mining zu betreiben, sollte man auf jeden Fall den Helium Explorer und die mögliche Position der Antenne gut untersuchen.
Geräte und Zubehör für das Helium-Netzwerk
Hotspot / Gateway
Der eigentliche Hotspot ist eine rechteckige Box mit LAN, Antennen und Stromanschluss. In meinem Fall ist mein Gerät von RAK/MNTD. Es handelt sich um ein Raspberry Pi welches ein LoRaWAN Konzentrator besitzt. Beim Kauf ist alles drum und dran eingerichtet und als Endnutzer muss man das Gerät nur richtig verkabeln, die App einrichten und fertig.
Der Hotspot kann sich auch über WLAN verbinden. Meiner Erfahrung nach ist es aber langfristig nicht zu empfehlen, weil die Verbindung über WLAN weniger zuverlässig ist als über LAN und man dadurch Probleme mit der Konnektivität haben könnte.
Antenne
Es ist eine kleine Antenne im Lieferumfang des Hotspots mit enthalten. Die ist aber nicht ausreichend, um das Gateway zu betreiben und dabei Einnahmen zu generieren. Ich habe mir zusätzlich eine weitere Antenne gekauft, die zwar nicht perfekt ist, aber den Sinn erfüllt.
Die Antenne habe ich am Balkon angebracht und sie mit dem Gateway verbunden. Die Antennenhalterung habe ich modelliert und hier geteilt.
Kabel
Die größte Schwierigkeit hatte ich mit dem Antennenkabel. Meine Balkontür besitzt keine Löcher oder andere Möglichkeiten zum Verlegen der Antenne auf den Balkon.
Ich musste sehr kreativ vorgehen, um es doch irgendwie hinzubekommen, das steife Kabel durch die Balkontür zu bekommen, ohne es kaputt zu machen. Mit einer Fixierung mit Heißkleber hat es am Ende geklappt. Zufrieden bin ich damit nicht, aber es funktioniert.
Helium Console: Verwaltung von IoT-Geräten und Datenflüssen
Wenn man IOT Sensoren mit Helium bauen möchte, benötigt man ein Application Server, was die Daten vom Sensor (z.B. Wetterstation) über die LoRaWAN Gateways entgegen nimmt und diese an ein Zielsystem (z.B. MQTT Instanz eines Smart Home Dashboards) weiterleitet. Bei Helium gibt es von der Helium Foundation die Helium Console als erstes Einstiegspunkt.
Hier kann man seine Geräte definieren. Die Sensordaten debuggen. Man kann bestimmen, was mit den Daten passieren soll. Es ist die Schnittstelle zwischen den Sensoren und dem Ergebnis in Form von Dashboards oder anderen Datensenken. Besonders bemerkenswert finde ich die „Flows“-Seite.
Hier sieht man grafisch, wie Daten verarbeitet werden und wo sie am Ende landen. Ich habe für meine Geräte hier zwei Ziele festgelegt. Einmal eine Debug Anwendung, in der ich alle HTTP Requests mit allen Parametern abspeichern und abrufen kann, und einmal meine Mosquitto MQTT Instanz, die mit meinem Smart Home Dashboard verbunden ist.
Integration von Helium in ein Smart Home Dashboard
Mein Hotspot, meine Einnahmen und meine Sensordaten überwache ich in meinem Smart Home Dashboard.
Ich sehe jeder Zeit, ob es mein Hotspot gerade Probleme hat. Ich habe mich dabei von dieser Home Assistant Integration bedient.
Meine LoRaWAN Sensoren senden mir die Daten von meiner Wetterstation ebenfalls in mein Dashboard. Ich kann Sensoren in unterschiedlichen Zimmern haben.
An der Darstellung arbeite ich noch, aber diese einfachen Daten unterstützen bereits täglich beim optimalen Lüften der Wohnung.
Zukünftige Projekte und Perspektiven
Wie geht es weiter? Ich werde auf jeden Fall weiter mobile Sensoren bauen. Es ist so spannend, was man alles damit bauen kann. Mein Ziel ist, Sensoren zu bauen, die Monate oder Jahre mit Batterien betrieben werden können und irgendwo platziert, in aller Welt Daten an das LoRaWAN Netz senden können.