LoRaWAN és una tecnologia que està guanyant popularitat ràpidament en el camp de les solucions d'Internet de les coses. Al mateix temps, per a molts clients segueix sent poc estudiada i exòtica, per això hi ha molts mites i idees errònies al seu voltant. El 2018, Rússia va adoptar esmenes a la legislació sobre l'ús de freqüències LoRaWAN, que amplien les possibilitats d'utilitzar aquesta tecnologia sense llicència. Creiem que ara és el millor moment per començar a utilitzar aquesta tecnologia per resoldre problemes reals de negoci.
En aquest article analitzarem els principis bàsics de LoRaWAN, les opcions per crear la vostra pròpia xarxa i utilitzar proveïdors de tercers, i també parlarem dels nostres productes compatibles amb LoRaWAN.
Què és LoRaWAN
LoRaWAN és un conjunt de protocols que defineixen capes de transferència de dades físiques i de xarxa per a dispositius de baixa potència i baixa potència que operen a llargues distàncies. L'abreviatura LoRa significa llarg abast, és a dir, llargues distàncies de transmissió de dades, i WAN (Wide Area Network) significa que el protocol també descriu la capa de xarxa.
A diferència dels coneguts estàndards de comunicació sense fil GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN va ser dissenyat originalment per servir simultàniament un gran nombre de dispositius de subscriptor de baixa potència. Per tant, l'èmfasi principal està en la immunitat a les interferències, l'eficiència energètica i l'abast. Al mateix temps, les taxes màximes de transferència de dades es limiten a només uns pocs kilobits per segon.
Igual que una xarxa mòbil, LoRaWAN té dispositius de subscriptor i estacions base. El rang de comunicació entre el dispositiu d'abonat i l'estació base pot arribar als 10 km. En aquest cas, els dispositius dels abonats solen ser autoalimentats per una bateria i la majoria de les vegades estan en mode d'estalvi d'energia, despertant-se de tant en tant per intercanviar dades a curt termini amb el servidor. Per exemple, els comptadors d'aigua es poden despertar una vegada cada pocs dies i transmetre el valor actual del volum d'aigua consumit al servidor i romandre en mode de repòs la resta del temps. Aquest enfocament permet obtenir dispositius que funcionen fins a diversos anys sense necessitat de substituir les bateries. La tasca dels dispositius LoRaWAN és transmetre/rebre les dades necessàries des de l'estació base el més ràpidament possible i alliberar les ones per a altres dispositius, de manera que la xarxa té regles estrictes per al temps ocupat en antena. Els dispositius transmeten dades només després de rebre la confirmació de l'estació base, això us permet controlar la càrrega de les ones al costat del servidor i distribuir uniformement les sessions d'intercanvi de dades al llarg del temps.
L'estàndard LoRa descriu la capa física, la modulació del senyal en els rangs de freqüència 433 MHz, 868 MHz a Europa, 915 MHz Austràlia/Amèrica i 923 MHz Àsia. A Rússia, LoRaWAN utilitza la banda de 868 MHz.
Com funciona LoRaWAN
Com que LoRaWAN opera en un rang sense llicència, simplifica molt el desplegament de la seva pròpia xarxa amb estacions base, en aquest cas no cal dependre dels operadors de telecomunicacions. A més de desplegar la vostra pròpia xarxa, podeu utilitzar les xarxes dels operadors existents. Els proveïdors de LoRaWAN ja existeixen a tot el món i recentment han començat a aparèixer a Rússia, per exemple l'operador a la vostra xarxa LoRaWAN a moltes ciutats.
A Rússia, LoRaWAN sol operar en el rang 866-869 MHz, l'amplada màxima del canal que ocupa un dispositiu d'abonat és de 125 kHz. Així és l'intercanvi de dades mitjançant el protocol LoRaWAN en un espectrograma gravat per l'usuari d'habra Ruslan Nadyrshin amb l'ajuda de SDR.
A Rússia, des del 2018, s'han adoptat esmenes a les lleis que redueixen significativament les restriccions a l'ús de les freqüències de 868 MHz. Podeu llegir amb detall les noves normes legislatives que regulen les freqüències LoRaWAN a Rússia .
Estació base — en la terminologia dels estàndards LoRaWAN s'anomena passarel·la o concentrador. Pel que fa a la finalitat, aquest dispositiu és similar a les estacions base de les xarxes mòbils mòbils convencionals: els dispositius finals s'hi connecten i segueixen les seves instruccions per seleccionar canals, potència i franges horàries per a la transmissió de dades. Les estacions base estan connectades a un servidor de programari centralitzat, que té accés a l'estat de tota la xarxa en el seu conjunt, s'ocupa de la planificació de freqüències, etc.
Normalment, les estacions base LoRaWAN estan connectades a energia estacionària i tenen accés estable a Internet. Advantech ofereix diversos models d'estacions base de la sèrie LoRaWAN amb una capacitat de 100 i 500 dispositius de subscriptor, i la possibilitat de connectar-se a Internet mitjançant Ethernet i LTE.
Dispositiu de subscriptor - un dispositiu client de baix consum, normalment autoalimentat. La majoria de les vegades està en mode d'estalvi d'energia de repòs. Interacciona amb un servidor d'aplicacions remot per transmetre/rebre dades. Emmagatzema les claus de xifratge per a l'autenticació a l'estació base i al servidor d'aplicacions. Pot estar dins de l'àrea de cobertura de diverses estacions base. S'adhereix estrictament a les regles per treballar a l'aire rebut de l'estació base. Dispositius Advantech són terminals d'E/S modulars, amb diverses interfícies d'entrada/sortida analògiques i digitals i interfícies sèrie RS-485/232.
El client pot desplegar les seves pròpies estacions base LoRaWAN o utilitzar xarxes existents d'operadors de tercers
Xarxa pública LoRaWAN
En aquesta arquitectura, els dispositius estan connectats a la xarxa pública d'un operador extern. El client només ha de comprar dispositius de subscriptor i signar un acord amb el proveïdor i rebre claus per accedir a la xarxa. Al mateix temps, el client depèn completament de la cobertura de l'operador.
Tingueu en compte que una xarxa LoRaWAN pública pot tenir restriccions estrictes sobre el temps d'aire que pot ocupar un dispositiu, de manera que per a aplicacions que requereixen un intercanvi de dades més freqüent, aquestes xarxes poden no ser adequades.
Abans d'enviar dades, el dispositiu sol·licita permís per transmetre, i només si l'estació base respon amb confirmació, es farà l'intercanvi.
Quan s'utilitza una xarxa LoRaWAN de tercers, el client utilitza la infraestructura de l'estació base d'una altra persona i depèn de la cobertura del proveïdor i de les seves restriccions de transferència de dades.
Aquest enfocament és convenient, per exemple, quan es substitueixen els dispositius d'abonat en zones urbanes on ja hi ha la infraestructura necessària. Per exemple, per instal·lar sensors en edificis residencials i amb una petita quantitat de dades transmeses, per recollir dades de comptadors d'electricitat o consum d'aigua. Aquests dispositius poden transmetre dades un cop cada pocs dies.
Xarxa privada LoRaWAN
Quan es desplega una xarxa privada, el client instal·la de manera independent les estacions base i planifica la cobertura. Aquest enfocament és convenient quan necessiteu un control complet sobre la xarxa o en llocs on no hi ha cobertura de l'operador.
En una xarxa privada, el client té un control total sobre la infraestructura
En aquesta arquitectura, el client fa una inversió puntual en equips per desplegar estacions base i ja no depèn de serveis i operadors de tercers. Aquesta opció és adequada per construir una xarxa en llocs agrícoles remots, instal·lacions de producció, etc. Tenir la teva pròpia xarxa facilita escalar la infraestructura existent, augmentar la cobertura, el nombre de dispositius de subscriptor i el volum de dades transmeses.
Terminals d'E/S d'abonat
характеристики Технические
- Versions per a totes les bandes de freqüència globals de LoRaWAN
- Gamma de comunicació amb base fins a 5 km
- Mòduls d'expansió per a la connexió dispositius perifèrics
- Incorporat Bateria de 4000 mAh
- Mòdul GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Protecció IP65
- Programació USB
Dispositius de sèrie són terminals modulars per connectar diversos dispositius perifèrics a la xarxa LoRaWAN. Amb la seva ajuda, podeu recollir dades de qualsevol sensor digital i analògic, com ara termòmetres, higròmetres, baròmetres, acceleròmetres, etc., i controlar altres dispositius mitjançant interfícies RS-232/485. Té una bateria integrada de 4000 mA, que pot funcionar de manera autònoma fins a sis mesos. S'integra amb plaques solars per carregar la bateria. El receptor GPS integrat us permet determinar amb precisió la ubicació del dispositiu, cosa que simplifica la comptabilitat i la instal·lació: els dispositius es poden muntar sense entrar abans a la base de dades i, després de la instal·lació, s'enllaçen automàticament a l'objecte en funció de les coordenades rebudes.
La programació i configuració es realitza mitjançant una interfície USB normal i no requereix controladors ni programadors addicionals, de manera que es pot fer in situ mitjançant un ordinador portàtil.
Mòduls d'interfície
Conjunt d'interfícies per connectar dispositius externs , s'implementa mitjançant mòduls d'interfície connectats des de sota. A un terminal es pot connectar un mòdul d'interfície. Depenent de les tasques del client, aquestes poden ser entrades/sortides digitals o analògiques, o interfícies sèrie. Els contactes de la interfície estan protegits per un connector segellat amb una connexió roscada M12.
- — 4 entrades analògiques i 4 entrades digitals
- WISE-S615-A - 6 canals per a termòmetre RTD (Detector de temperatura de resistència)
- WISE-S617-A - 6 entrades digitals, 2 interfícies sèrie RS-232/485
Sensor de la sèrie Wzzard LRPv2
Sensors de la sèrie BB Es tracta de dispositius de subscriptor LoRaWAN dissenyats per a la recollida de dades en entorns durs i dissenyats per a una instal·lació ràpida. Tenen una base magnètica i es poden connectar de manera segura a superfícies metàl·liques sense elements de fixació addicionals, cosa que us permet desplegar ràpidament una xarxa de molts dispositius. El connector d'interfície segellat, situat al lateral, està dissenyat per connectar dispositius perifèrics i sensors externs.
характеристики Технические
- Funcionament en tots els rangs de freqüència LoRaWAN 868/915/923MHz
- Muntatge magnètic sobre superfície metàl·lica
- Interfícies RS485 (Modbus), 4 entrades analògiques, 2 sortides digitals, 1 sortida digital
- Connexió segellada del cable d'interfície
- Alimentat per 2 piles de liti AA, panells solars o font d'alimentació de 9 ~ 36V
- Classe de protecció IP66
- Funcionament a temperatures -40 ~ 75°C
Estacions base LoRaWAN
Advantech ofereix una gamma completa de dispositius per desplegar una xarxa privada LoRaWAN. Sèrie Gateways s'utilitzen per connectar dispositius d'abonat, com ara и , i transmetre dades al servidor d'aplicacions. La línia inclou models que admeten la connexió simultània de dispositius de 100 i 500 abonats. La passarel·la està connectada a Internet mitjançant Ethernet; també hi ha disponibles versions amb mòdem 4G integrat. Admet protocols MQTT i Modbus per a la transferència de dades al servidor d'aplicacions.
характеристики Технические
- Admet totes les bandes LoRaWAN
- Servei simultània de dispositius de 100 o 500 abonats
- Connexió Ethernet
- Opcional: mòdem LTE integrat
- Servidor/client VPN integrat
Conclusió
La tecnologia LoRaWAN crida merescudament molta atenció entre les solucions industrials, i avui en dia pot resoldre de manera eficaç molts problemes empresarials. Però per a la majoria dels clients, LoRaWAN segueix sent una tecnologia poc coneguda i incomprensible. Creiem que en un futur proper estarà tan estesa com les xarxes cel·lulars clàssiques, cosa que permetrà als nostres clients implementar més fàcilment solucions autònomes d'Internet de les coses.
Font: www.habr.com