LoRaWAN je tehnologija koja brzo dobija na popularnosti u oblasti Internet of Things rješenja. Istovremeno, za mnoge klijente ostaje malo proučen i egzotičan, zbog čega oko njega postoje mnogi mitovi i zablude. Rusija je 2018. godine usvojila izmjene i dopune zakona o korištenju LoRaWAN frekvencija, kojima se proširuju mogućnosti korištenja ove tehnologije bez licence. Vjerujemo da je sada najbolje vrijeme da počnete koristiti ovu tehnologiju za rješavanje stvarnih poslovnih problema.
U ovom članku ćemo pogledati osnovne principe LoRaWAN-a, opcije za izgradnju vlastite mreže i korištenje provajdera trećih strana, a također ćemo govoriti o našim proizvodima koji podržavaju LoRaWAN.
Šta je LoRaWAN?
LoRaWAN je skup protokola koji definiraju fizičke i mrežne slojeve prijenosa podataka za uređaje male snage i male snage koji rade na velikim udaljenostima. Skraćenica LoRa znači Long Range, odnosno velike udaljenosti prijenosa podataka, a WAN (Wide Area Network) znači da protokol također opisuje sloj mreže.
Za razliku od dobro poznatih GSM/3G/LTE/WiFi standarda bežične komunikacije, LoRaWAN je prvobitno dizajniran da istovremeno opslužuje ogroman broj pretplatničkih uređaja male snage. Stoga je glavni naglasak na otpornosti na smetnje, energetskoj efikasnosti i dometu. U isto vrijeme, maksimalne brzine prijenosa podataka ograničene su na samo nekoliko kilobita u sekundi.
Kao i mobilna mreža, LoRaWAN ima pretplatničke uređaje i bazne stanice. Domet komunikacije između pretplatničkog uređaja i bazne stanice može doseći 10 km. U ovom slučaju, pretplatnički uređaji se obično sami napajaju iz baterije i većinu vremena su u režimu za uštedu energije, povremeno se budi radi kratkotrajne razmjene podataka sa serverom. Na primjer, vodomjeri se mogu probuditi svakih nekoliko dana i prenijeti trenutnu vrijednost potrošene količine vode na server, a ostatak vremena ostati u stanju mirovanja. Ovakav pristup omogućava dobijanje uređaja koji rade i do nekoliko godina bez potrebe zamene baterija. Zadatak LoRaWAN uređaja je da što brže prenesu/prime potrebne podatke sa bazne stanice i oslobode talase za druge uređaje, tako da mreža ima stroga pravila o vremenu provedenom u eteru. Uređaji prenose podatke tek nakon što dobiju potvrdu od bazne stanice, što vam omogućava da kontrolišete opterećenje etera na strani servera i ravnomerno raspoređujete sesije razmene podataka tokom vremena.
LoRa standard opisuje fizički sloj, modulaciju signala u frekventnim opsezima 433 MHz, 868 MHz u Evropi, 915 MHz u Australiji/Americi i 923 MHz u Aziji. U Rusiji, LoRaWAN koristi opseg od 868 MHz.
Kako LoRaWAN radi
Budući da LoRaWAN radi u nelicenciranom dometu, uvelike pojednostavljuje postavljanje vlastite mreže sa baznim stanicama, u kom slučaju nema potrebe ovisiti o telekom operaterima. Osim postavljanja vlastite mreže, možete koristiti mreže postojećih operatera. LoRaWAN provajderi već postoje širom svijeta, a nedavno su se počeli pojavljivati i u Rusiji, na primjer operater na vašu LoRaWAN mrežu u mnogim gradovima.
U Rusiji, LoRaWAN obično radi u opsegu 866-869 MHz, maksimalna širina kanala koju zauzima jedan pretplatnički uređaj je 125 kHz. Ovako izgleda razmjena podataka putem LoRaWAN protokola na spektrogramu koji je snimio korisnik habra Ruslan Nadyrshin uz pomoć SDR-a.
U Rusiji su od 2018. usvojene izmjene zakona kojima se značajno smanjuju ograničenja korištenja frekvencija od 868 MHz. Možete pročitati detaljno o novim zakonskim normama koje regulišu LoRaWAN frekvencije u Rusiji .
Bazna stanica — u terminologiji LoRaWAN standarda se naziva gateway ili čvorište. Po namjeni, ovaj uređaj je sličan baznim stanicama konvencionalnih mobilnih mobilnih mreža: krajnji uređaji se povezuju na njega i prate njegove upute za odabir kanala, snage i vremenskih slotova za prijenos podataka. Bazne stanice su povezane na centralizirani softverski server, koji ima pristup stanju cijele mreže u cjelini, bavi se planiranjem frekvencija itd.
Tipično, LoRaWAN bazne stanice su povezane na stacionarno napajanje i imaju stabilan pristup Internetu. Advantech nudi nekoliko modela baznih stanica serije LoRaWAN sa kapacitetom od 100 i 500 pretplatničkih uređaja, te mogućnošću povezivanja na Internet putem Etherneta i LTE-a.
Pretplatnički uređaj - klijentski uređaj male snage, obično samonapajan. Većinu vremena je u stanju mirovanja za uštedu energije. Interagira s udaljenim poslužiteljem aplikacija za prijenos/primanje podataka. Pohranjuje ključeve za šifriranje za autentifikaciju na baznoj stanici i aplikacijskom serveru. Može biti unutar područja pokrivenosti nekoliko baznih stanica. Strogo se pridržava pravila za rad na zraku primljenom sa bazne stanice. Uređaji ADVANTECH su modularni I/O terminali, sa različitim analognim i digitalnim ulazno/izlaznim interfejsima i RS-485/232 serijskim interfejsima.
Korisnik može postaviti vlastite LoRaWAN bazne stanice ili koristiti postojeće mreže trećih operatera
Javna LoRaWAN mreža
U ovoj arhitekturi, uređaji su povezani na javnu mrežu operatera treće strane. Klijent treba samo da kupi pretplatničke uređaje i sklopi ugovor sa provajderom i dobije ključeve za pristup mreži. Istovremeno, klijent je u potpunosti ovisan o pokrivenosti operatera.
Imajte na umu da javna LoRaWAN mreža može imati stroga ograničenja u vremenu emitiranja koje uređaj može zauzeti, tako da za aplikacije koje zahtijevaju češću razmjenu podataka, takve mreže možda neće biti prikladne.
Prije slanja podataka, uređaj traži dozvolu za prijenos, a samo ako bazna stanica odgovori potvrdom, razmjena će se izvršiti.
Kada koristi LoRaWAN mrežu treće strane, klijent koristi tuđu infrastrukturu bazne stanice i ovisi o pokrivenosti provajdera i njegovim ograničenjima prijenosa podataka
Ovaj pristup je pogodan, na primjer, kada se zamjenjuju pretplatnički uređaji u urbanim sredinama gdje već postoji potrebna infrastruktura. Na primjer, za ugradnju senzora u stambene zgrade i sa malom količinom prenesenih podataka, za prikupljanje podataka sa brojila električne energije ili potrošnje vode. Takvi uređaji mogu prenositi podatke jednom u nekoliko dana.
Privatna LoRaWAN mreža
Prilikom postavljanja privatne mreže, korisnik samostalno instalira bazne stanice i planira pokrivenost. Ovaj pristup je pogodan kada vam je potrebna potpuna kontrola nad mrežom, ili na lokacijama gdje ne postoji pokrivenost operatera.
U privatnoj mreži, korisnik ima potpunu kontrolu nad infrastrukturom
U ovoj arhitekturi, korisnik jednokratno ulaže u opremu za postavljanje baznih stanica i više ne zavisi od usluga i trećih operatera. Ova opcija je pogodna za izgradnju mreže na udaljenim poljoprivrednim lokacijama, proizvodnim objektima itd. Posjedovanje vlastite mreže olakšava skaliranje postojeće infrastrukture, povećanje pokrivenosti, broja pretplatničkih uređaja i količine prenesenih podataka.
Pretplatnički I/O terminali
Технические характеристики
- Verzije za sve globalne LoRaWAN frekvencijske opsege
- Domet komunikacije sa bazom do 5km
- Moduli za proširenje za povezivanje perifernih uređaja
- Vstroennyj 4000mAh baterija
- GPS modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Zaštita IP65
- USB programiranje
Serijski uređaji su modularni terminali za povezivanje raznih perifernih uređaja na LoRaWAN mrežu. Uz njihovu pomoć možete prikupljati podatke sa bilo kojeg digitalnog i analognog senzora, kao što su termometri, higrometri, barometri, akcelerometri itd., te kontrolirati druge uređaje preko RS-232/485 interfejsa. Ima ugrađenu bateriju od 4000mA, koja može samostalno raditi do šest mjeseci. Integrira se sa solarnim panelima za punjenje baterije. Ugrađeni GPS prijemnik vam omogućava da precizno odredite lokaciju uređaja, što pojednostavljuje obračun i instalaciju: uređaji se mogu montirati bez prethodnog ulaska u bazu podataka, a nakon instalacije se automatski povezuju sa objektom na osnovu primljenih koordinata.
Programiranje i konfigurisanje se vrši preko običnog USB interfejsa i ne zahteva dodatne kontrolere i programatore, tako da se može obaviti na licu mesta pomoću laptopa.
Interfejs moduli
Skup interfejsa za povezivanje eksternih uređaja na , implementira se pomoću modula interfejsa koji su povezani odozdo. Na jedan terminal jedan interfejs modul se može povezati. Ovisno o zadacima korisnika, to mogu biti digitalni ili analogni ulazi/izlazi ili serijski interfejsi. Kontakti sučelja su zaštićeni zatvorenim konektorom sa M12 navojnom vezom.
- — 4 analogna ulaza i 4 digitalna ulaza
- WISE-S615-A - 6 kanala za RTD (otporni temperaturni detektor) termometar
- WISE-S617-A - 6 digitalnih ulaza, 2 RS-232/485 serijska interfejsa
Senzor serije Wzzard LRPv2
Senzori serije BB Ovo su LoRaWAN pretplatnički uređaji dizajnirani za prikupljanje podataka u teškim okruženjima i dizajnirani za brzu instalaciju. Imaju magnetnu osnovu i mogu se sigurno pričvrstiti na metalne površine bez dodatnih pričvršćivača, što vam omogućava brzo postavljanje mreže mnogih uređaja. Zapečaćeni interfejs konektor, koji se nalazi sa strane, dizajniran je za povezivanje spoljnih perifernih uređaja i senzora.
Технические характеристики
- Rad u svim frekventnim opsezima LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetni nosač na metalnu površinu
- Interfejsi RS485 (Modbus), 4 analogna ulaza, 2 digitalna izlaza, 1 digitalni izlaz
- Zapečaćeni priključak interfejs kabla
- Napaja se pomoću 2 AA litijumske baterije, solarnih panela ili napajanja od 9~36V
- Klasa zaštite IP66
- Rad na temperaturama -40 ~ 75°C
LoRaWAN bazne stanice
Advantech nudi čitav niz uređaja za postavljanje privatne LoRaWAN mreže. Gateways serija se koriste za povezivanje pretplatničkih uređaja, kao npr и , i prijenos podataka na poslužitelj aplikacija. Linija uključuje modele koji podržavaju istovremeno povezivanje 100 i 500 pretplatničkih uređaja. Gateway je povezan na Internet putem Etherneta, a dostupne su i verzije sa ugrađenim 4G modemom. Podržava MQTT i Modbus protokole za prijenos podataka na poslužitelj aplikacija.
Технические характеристики
- Podržava sve LoRaWAN opsege
- Istovremeno servisiranje 100 ili 500 pretplatničkih uređaja
- Ethernet veza
- Opciono: ugrađeni LTE modem
- Ugrađeni VPN server/klijent
zaključak
LoRaWAN tehnologija zasluženo privlači veliku pažnju među industrijskim rješenjima, a danas može efikasno riješiti mnoge poslovne probleme. Ali za većinu kupaca, LoRaWAN i dalje ostaje malo poznata i neshvatljiva tehnologija. Vjerujemo da će u bliskoj budućnosti biti raširena kao i klasične mobilne mreže, što će našim korisnicima omogućiti lakšu implementaciju autonomnih rješenja Interneta stvari.
izvor: www.habr.com