Satellitenkommunikation mit dem RockBLOCK 9704

LoRa reicht Kilometer weit. Aber was ist, wenn es auf hundert Kilometer keinen Mobilfunkmast, kein Gateway und kein WLAN gibt, etwa auf dem Meer, im Hochgebirge oder in einer Wüste? Dann bleibt nur der Weg über einen Satelliten. Der RockBLOCK 9704 von Ground Control ist ein Modul, das genau dafür gedacht ist: kurze Nachrichten von und zu einem Gerät, weltweit, über das Iridium-Netz.

Was der RockBLOCK 9704 ist

Laut Hersteller basiert das Gerät auf dem Iridium-Certus-9704-Modul und nutzt den Dienst Iridium Messaging Transport (IMT). Die Abdeckung ist global, vorausgesetzt das Gerät hat freie Sicht zum Himmel. Nachrichten können zwischen 25 und 100.000 Bytes groß sein, die Datenrate wird mit 4,8 kbit/s angegeben und die Latenz mit „as low as 10 seconds end to end“, also im besten Fall rund zehn Sekunden von Ende zu Ende. Das ist weit mehr als bei früheren Satellitenmodulen für Kurznachrichten und erlaubt auch kleine Datenpakete, etwa Messreihen oder Statusberichte.

Hardware und Schnittstellen

Das Modul gibt es laut Ground Control in zwei Bauformen. Die Patch-Version misst 72 × 72 × 16,5 mm, wiegt unter 50 g und hat eine integrierte Patch-Antenne. Die SMA-Version misst 48 × 52 × 16 mm, wiegt unter 35 g ohne Antenne und benötigt eine externe Antenne am SMA-Anschluss. Zur Anbindung gibt es eine serielle TTL-UART-Verbindung mit 230400 Baud als Standard, einen USB-C-Anschluss als serielle Brücke, fünf digitale Eingänge und drei Ausgänge über das 16-polige Kabel sowie eine U.FL-Buchse zum Durchreichen eines GNSS-Signals.

Strombedarf

Satellitenfunk ist leistungshungrig. Ground Control nennt als Eingangsspannung 4,0 bis 5,3 V bei bis zu 500 mA oder alternativ eine Batterie mit 3,6 bis 4,5 V bei bis zu 1,1 A. Beim Senden liegt die Leistungsaufnahme bei 1,4 W, im Ruhezustand bei etwa 60 mW und im Schlaf unter 5 mW mit abgeschalteten Leuchtdioden. Für das Netzteil bedeutet das: Ein schwaches USB-Netzteil oder ein zu dünnes Kabel kann beim Senden einbrechen. Wer aus einer Batterie oder einem Solarsystem speist, plant die Stromspitzen deshalb von Anfang an ein.

Das Protokoll: JSPR statt AT-Befehle

Ein wichtiger Unterschied zu älteren RockBLOCK-Modellen: Das 9704 nutzt kein AT-Befehlssatz-Protokoll, sondern JSPR, ein JSON-basiertes serielles Protokoll von Iridium. Code, der für das 9602 oder 9603 geschrieben wurde und AT-Befehle verwendet, lässt sich deshalb nicht einfach übernehmen. Ground Control weist darauf hin, dass die Modelle RockBLOCK Pro und Pro OEM AT-Befehle unterstützen, die zu den älteren Geräten kompatibel sind.

Für die Praxis muss man JSPR nicht selbst sprechen. Ground Control stellt eine offene Bibliothek zur Verfügung, die den Befehlsablauf, das Energiemanagement, das Zerlegen und Zusammensetzen von Nachrichten und die Flusskontrolle übernimmt. Sie läuft laut Repository unter Linux, macOS, Windows, Raspberry Pi und Arduino; auf Arduino-Boards werden rund 230 kB dynamischer Speicher benötigt, bei kleineren Boards muss die Nutzlastgröße angepasst werden. Für Python wird die Installation mit pip install rockblock9704 empfohlen.

Wie eine Nachricht verschickt wird

Der Ablauf in der C-Bibliothek ist schlicht. Man öffnet die Verbindung zum seriellen Gerät mit rbBegin(), wartet kurz, bis das Modem bereit ist, schickt Daten mit rbSendMessage() und prüft mit rbReceiveMessage(), ob etwas zurückgekommen ist. Zum Schluss schließt rbEnd() die Verbindung. Daneben gibt es asynchrone Varianten, rbPoll() und Rückrufe über rbRegisterCallbacks(). Der Sendevorgang blockiert laut Beschreibung bei voller Nutzlast bis zu etwa zwei Minuten, das sollte man bei der Programmplanung bedenken.

Jede IMT-Nachricht läuft über ein sogenanntes Topic, eine benannte Kommunikationsspur, die der Anbieter des Tarifs bereitstellt. Es gibt ein Standard-Topic („244 Cloudloop RAW“); eigene Topics erlauben es, Nachrichten in der Cloud zu filtern und unterschiedlich zu behandeln. Voraussetzung für den Betrieb ist außerdem ein aktiver RockBLOCK-Tarif mit den zugehörigen Bereitstellungsdaten.

Von der Cloud zur eigenen Anwendung

Auf der Empfangsseite läuft die Anbindung über die Plattform Cloudloop Data. Sie liefert Nachrichten laut Ground Control über HTTPS- und MQTT-Endpunkte sowie eine REST-Schnittstelle an die eigene Anwendung aus. Abgerechnet wird pro Nachricht. Konkrete Preise stehen nicht auf der Produktseite des Herstellers, sie müssen im Shop von Ground Control nachgesehen werden. Gerade bei Satellitenverbindungen lohnt sich ein Blick auf Tarif und Nachrichtenkosten, bevor man ein Projekt plant, das viele Nachrichten verschickt.

Gedanken zum Einsatz mit LoRa

Spannend wird es, wenn man beides kombiniert, das ist allerdings ein Architekturvorschlag und keine Funktion des Moduls. Mehrere LoRa-Sensorknoten, wie das Heltec-Modul aus dem vorigen Beitrag, sammeln lokal Messwerte und schicken sie über kurze Strecken an einen zentralen Knoten, etwa einen Raspberry Pi. Dieser bündelt die Daten zu einem kleinen Paket und meldet sie in größeren Abständen über den RockBLOCK per Satellit. So bleibt der teure Satellitenverkehr selten und klein, während die Sensoren vor Ort billig und sparsam bleiben.

Grenzen

Satellitenkommunikation ist kein Ersatz für Mobilfunk: Der Himmel muss frei sein, Gebäude und dichter Bewuchs stören, der Strombedarf ist hoch und jede Nachricht kostet Geld. Die Technik ist für kurze, wichtige Datenmengen gedacht, nicht für Dauerbetrieb mit Streaming.

Fazit

Der RockBLOCK 9704 bringt weltweite Zwei-Wege-Kommunikation in eine handliche Platine mit serieller Schnittstelle und offener Bibliothek. Wer ihn einsetzen will, sollte drei Dinge vorab klären: die Stromversorgung für die Sendespitzen, den Tarif samt Nachrichtenkosten und die Tatsache, dass er mit JSPR arbeitet und nicht mit den AT-Befehlen älterer Modelle.