Helium – ein LoRaWAN-mesh?

Christian Hammel

The Things Network User

Posted on 16-03-2020

Helium

In den letzten Tagen geistern viele Meldungen über das neue LoRaWAN-Netzwerk Helium durch die Fachpresse, z.B. „Semtech and Helium Announce New Nationwide LoRaWAN Network“. Wir wurden vor diesem Hintergrund gelegentlich gefragt, ob es sich dabei um ein mesh-Netzwerk handelt.

Soviel vorab: Nein.

Was Helium da macht, wegen der Frequenzen übrigens ausschließlich in den USA, unterscheidet sich in zwei Aspekten von anderen LoRaWAN-Netzen (die Architektur ist hier abgebildet):

  1. Es ist vorgesehen, dass die Netzwerkserver, die die Daten routen, viele und dezentral sein sollen. Ob sie das aktuell schon sind und wie viele, wissen wir noch nicht.

  2. Packet forwarder in Helium-Gateways sind mit einer Blockchain verbunden. Über die Blockchain wird geprüft, ob das Device, das seine Daten geforwarded haben möchte, Teil des Netzes ist und nur dann wird geroutet. Diese Prüfung und das Durchleiten kostet etwas, wenn auch mit vielen Nullen hinter dem Komma. Genauer: Es soll später mal etwas kosten. Aktuell kostet es wohl noch nichts. Um das zu bezahlen, minen die Gateways eine neue Kryptowährung namens Helium Tokens (HNT). Das Kriterium, nach dem ein Gateway neue Blocks anhängen (= HNT schürfen) darf, heißt „Proof of Coverage“. Im Prinzip weist ein Gateway damit nach, dass sein angeblicher Standort richtig ist und bewerkstelligt das, indem es mit benachbarten Gateways Rechenaufgaben löst, während deren Lösung einzelne Funksignale direkt zwischen benachbarten Gateways ausgetauscht werden (wegen der limitierten Airtime weder die Blockchain noch die gesamte Rechenaufgabe, geschweige denn die IoT-Nutzdaten). Mit diesen HNTs werden nun andere Leistungen im Netzwerk (Durchleiten, Verifizieren,..) bezahlt. Die Investoren verdienen, indem sie extra-Tokens als sog. Security tokens erhalten. Details beschreibt Helium selbst.

Ist das ein mesh-Netz?

Aus meiner Sicht nicht. Zumindest nicht die Sorte, die wir von Freifunk, Sensornetzen und anderen ad hoc – Netzen kennen. Dort werden durch Direktverbindungen zwischen den Routern, Sensoren oder anderen Netzwerkknoten die Nutzdaten direkt zwischen den Knoten weitergeleitet. Dadurch bildet sich ein Netz, das von Transporten über das Internet unabhängig ist. Bei Helium ist das nicht der Fall. Helium-Gateways und Netzwerkserver hängen am Internet wie bei allen anderen LoRaWAN-Netzen auch.

Muss man das haben? Kommt das?

Internet of Things (IoT) und Blockchain zusammenzubringen, adressiert gleich zwei Hypes auf einmal. Investoren, die ihre Fondsmanager ohnehin schon ständig fragen, ob sie schon eine Blockchainfirma gekauft haben, werden das vermutlich lieben. Mit dezentralen Netzwerkservern könnte man vermutlich sogar auch „edge“-LoRaWANing als nächsten heißen Hype erfinden – spätestens wenn die Marketingdepartments das bemerken. Helium ist damit übrigens nicht alleine. Die Berliner Firma MatchX und die Berliner MXC-Foundation arbeiten daran auch seit einiger Zeit.

Die Nutzung eines Blockchain-Verfahrens löst immerhin die Frage, wie der Transport von Miniatur-Datenpäckchen bezahlt werden kann, ohne dass der Aufwand, eine Rechnung zu schreiben und einzutreiben, um ein Mehrfaches höher ist als die Rechnungssumme. Nun sind Netze mit zentralerer Architektur und zentralerer Nutzerverwaltung aber auch nicht gerade ineffizient und haben den Vorteil, dass auch Otto Normal-Netzwerker versteht, wie diese funktionieren. Pauschal abzurechnen (z.B. pro SIM-Karte inclusive 10 Jahre Datenverkehr wie bei NB-IoT oder so ähnlich bei Sigfox) oder den Betrieb über kundenspezifische Dienstleistungen zu finanzieren (wie fast alle LoRaWAN-Anbieter) scheint ebenfalls ganz gut zu funktionieren. Wie so oft in der Plattformökonomie würde ich damit rechnen, dass es nicht von der Technik abhängt, was sich durchsetzt, sondern davon, wie viele Kunden die Anbieter schon haben, weil sie z.B. aus einer Anwenderbranche kommen, oder wie viel Geld (oder stattdessen wie bei TTN Industries Ehrenamt) sie mobilisieren können, um gleich nach dem Markteintritt möglichst viele Kunden / Nutzer gewinnen zu können.

Und echtes mesh?

Da man weder überallhin Kabel verlegen kann noch überall Unmengen von Gateways aufstellen möchte, und meshs ziemlich gut darin sind, die "Ausleuchtung" an schwierigen Stellen zu verbessern, wäre mehr mesh-Technik auch ein echtes „muss man haben“. LoRa-mesh gibt es längst. Bei den mir bekannten Beispielen genauer: mesh mit der Funktechnik LoRa aber ohne das Protokoll LoRaWAN. Bisherige LoRaWAN-Technik sieht das aber nicht vor. Dort reden Knoten mit Gateways und Gateways mit dem Internet, nicht aber Knoten mit Knoten. Arduino Hannover hat LoRa-meshs bereits vor drei Jahren gezeigt. Das Berliner Unternehmen KT Elektronik vernetzt auf diese Weise seit geraumer Zeit Fernheizventile und zwar im Regelbetrieb und in so funkfeindlichen Umgebungen wie Kellern. Letzteres kann man im Report „IoT in der Praxis“ der Technologiestiftung nachlesen. Mehr über Blockchains in „Blockchains, Smart Contracts und das dezentrale Web“, beide schon aus 2017 aber noch lange nicht veraltet.

Die Diskussion um Helium im Forum der TTN-Community findet ihr hier: https://www.thethingsnetwork.org/forum/t/helium-network-comparative-discussion/35177 Lesenswert wie manches in dem Forum.