LoRaWAN er en teknologi, der hurtigt vinder popularitet inden for Internet of Things-løsninger. Samtidig forbliver det for mange kunder lidt undersøgt og eksotisk, hvorfor der er mange myter og misforståelser omkring det. I 2018 vedtog Rusland ændringer til lovgivningen om brugen af LoRaWAN-frekvenser, som udvider mulighederne for at bruge denne teknologi uden licens. Vi mener, at det nu er det bedste tidspunkt at begynde at bruge denne teknologi til at løse reelle forretningsproblemer.
I denne artikel vil vi se på de grundlæggende principper for LoRaWAN, muligheder for at opbygge dit eget netværk og bruge tredjepartsudbydere, og også tale om vores produkter, der understøtter LoRaWAN.
Hvad er LoRaWAN
LoRaWAN er et sæt protokoller, der definerer fysiske og netværksdataoverførselslag for enheder med lavt strømforbrug, der arbejder over lange afstande. Forkortelsen LoRa betyder Long Range, det vil sige lange datatransmissionsafstande, og WAN (Wide Area Network) betyder, at protokollen også beskriver netværkslaget.
I modsætning til de velkendte GSM/3G/LTE/WiFi trådløse kommunikationsstandarder, blev LoRaWAN oprindeligt designet til samtidig at betjene et stort antal lavenergi-abonnentenheder. Derfor er hovedvægten lagt på immunitet over for interferens, energieffektivitet og rækkevidde. Samtidig er de maksimale dataoverførselshastigheder begrænset til kun et par kilobits pr. sekund.
Ligesom et mobilnetværk har LoRaWAN abonnentenheder og basestationer. Kommunikationsrækkevidden mellem abonnentenheden og basestationen kan nå 10 km. I dette tilfælde er abonnentenheder normalt selvforsynende af et batteri, og det meste af tiden er i energibesparende tilstand, og de vågner lejlighedsvis til kortvarig dataudveksling med serveren. For eksempel kan vandmålere vågne op en gang med få dages mellemrum og sende den aktuelle værdi af den forbrugte mængde vand til serveren og forblive i dvaletilstand resten af tiden. Denne tilgang gør det muligt at få enheder, der fungerer i op til flere år, uden at det er nødvendigt at udskifte batterier. LoRaWAN-enheders opgave er at transmittere/modtage de nødvendige data fra basestationen så hurtigt som muligt og frigøre æteren til andre enheder, så netværket har strenge regler for den tid, der er optaget i luften. Enheder transmitterer kun data efter at have modtaget bekræftelse fra basestationen, dette giver dig mulighed for at kontrollere belastningen på æteren på serversiden og jævnt fordele dataudvekslingssessioner over tid.
LoRa-standarden beskriver det fysiske lag, signalmodulation i frekvensområderne 433 MHz, 868 MHz i Europa, 915 MHz Australien/Amerika og 923 MHz Asien. I Rusland bruger LoRaWAN 868 MHz-båndet.
Sådan virker LoRaWAN
Da LoRaWAN opererer i et ulicenseret område, forenkler det i høj grad implementeringen af sit eget netværk med basestationer, i hvilket tilfælde der ikke er behov for at være afhængig af teleoperatører. Ud over at implementere dit eget netværk, kan du bruge eksisterende operatørers netværk. LoRaWAN-udbydere findes allerede over hele verden og er for nylig begyndt at dukke op i Rusland, for eksempel operatøren til dit LoRaWAN-netværk i mange byer.
I Rusland fungerer LoRaWAN normalt i intervallet 866-869 MHz, den maksimale kanalbredde optaget af en abonnentenhed er 125 kHz. Sådan ser dataudveksling via LoRaWAN-protokollen ud på et spektrogram optaget af habra-bruger Ruslan Nadyrshin med hjælp fra SDR.
I Rusland er der siden 2018 blevet vedtaget ændringer til love, som væsentligt reducerer begrænsningerne for brugen af 868 MHz-frekvenser. Du kan læse detaljeret om de nye lovgivningsmæssige normer, der regulerer LoRaWAN-frekvenser i Rusland .
Basestation — i LoRaWANs terminologi kaldes standarder en gateway eller hub. Med hensyn til formål ligner denne enhed basestationer i konventionelle mobilnetværk: slutenheder forbinder til den og følger dens instruktioner til valg af kanaler, strøm og tidsvinduer til datatransmission. Basestationer er forbundet til en centraliseret softwareserver, som har adgang til tilstanden for hele netværket som helhed, beskæftiger sig med frekvensplanlægning mv.
Typisk er LoRaWAN-basestationer tilsluttet stationær strøm og har stabil internetadgang. Advantech tilbyder flere modeller af LoRaWAN-seriens basestationer med en kapacitet på 100 og 500 abonnentenheder og mulighed for at oprette forbindelse til internettet via Ethernet og LTE.
Abonnent enhed - en klientenhed med lavt strømforbrug, normalt selvforsynende. Det meste af tiden er den i energibesparende søvntilstand. Interagerer med en ekstern applikationsserver for at sende/modtage data. Gemmer krypteringsnøgler til godkendelse på basestationen og applikationsserveren. Kan være inden for dækningsområdet for flere basestationer. Overholder strengt reglerne for arbejde på luft modtaget fra basestationen. Enheder Advantech er modulære I/O-terminaler med forskellige analoge og digitale input/output-interfaces og RS-485/232 serielle interfaces.
Kunden kan implementere deres egne LoRaWAN-basestationer eller bruge eksisterende netværk fra tredjepartsoperatører
Offentligt LoRaWAN-netværk
I denne arkitektur er enheder forbundet til en tredjepartsoperatørs offentlige netværk. Klienten skal kun købe abonnentenheder og indgå en aftale med udbyderen og modtage nøgler for at få adgang til netværket. Samtidig er klienten helt afhængig af operatørens dækning.
Husk på, at et offentligt LoRaWAN-netværk kan have strenge begrænsninger for den sendetid, en enhed kan optage, så til applikationer, der kræver hyppigere dataudveksling, er sådanne netværk muligvis ikke egnede.
Inden data sendes, anmoder enheden om tilladelse til at sende, og kun hvis basestationen svarer med bekræftelse, vil udvekslingen finde sted.
Når du bruger et tredjeparts LoRaWAN-netværk, bruger klienten en andens basestationsinfrastruktur og afhænger af udbyderens dækning og dens dataoverførselsbegrænsninger
Denne tilgang er praktisk, for eksempel ved udskiftning af abonnentenheder i byområder, hvor den nødvendige infrastruktur allerede findes. For eksempel til installation af sensorer i beboelsesejendomme og med en lille mængde transmitterede data, til indsamling af data fra elmålere eller vandforbrug. Sådanne enheder kan overføre data en gang hver par dage.
Privat LoRaWAN netværk
Ved implementering af et privat netværk installerer kunden selvstændigt basestationer og planlægger dækning. Denne tilgang er praktisk, når du har brug for fuldstændig kontrol over netværket eller på steder, hvor operatørdækning ikke eksisterer.
I et privat netværk har kunden fuldstændig kontrol over infrastrukturen
I denne arkitektur foretager kunden en engangsinvestering i udstyr til installation af basestationer og er ikke længere afhængig af tjenester og tredjepartsoperatører. Denne mulighed er velegnet til at bygge et netværk på fjerntliggende landbrugssteder, produktionsfaciliteter osv. At have dit eget netværk gør det nemmere at skalere den eksisterende infrastruktur, øge dækningen, antallet af abonnentenheder og mængden af transmitterede data.
Abonnent I/O terminaler
Технические характеристики
- Versioner til alle globale LoRaWAN frekvensbånd
- Kommunikationsrækkevidde med base op til 5 km
- Udvidelsesmoduler til tilslutning perifere enheder
- indbyggede 4000mAh batteri
- GPS-modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Beskyttelse IP65
- USB programmering
Serie enheder er modulære terminaler til tilslutning af forskellige perifere enheder til LoRaWAN-netværket. Med deres hjælp kan du indsamle data fra alle digitale og analoge sensorer, såsom termometre, hygrometre, barometre, accelerometre osv., og styre andre enheder via RS-232/485-grænseflader. Den har et indbygget 4000mA batteri, som kan fungere autonomt i op til seks måneder. Integreres med solpaneler for at oplade batteriet. Den indbyggede GPS-modtager giver dig mulighed for nøjagtigt at bestemme placeringen af enheden, hvilket forenkler regnskab og installation: Enheder kan monteres uden først at gå ind i databasen, og efter installationen bliver de automatisk knyttet til objektet baseret på de modtagne koordinater.
Programmering og konfiguration udføres via et almindeligt USB-interface og kræver ikke yderligere controllere og programmører, så det kan gøres på stedet ved hjælp af en bærbar computer.
Interface moduler
Et sæt grænseflader til tilslutning af eksterne enheder til , implementeres ved hjælp af interfacemoduler, der er forbundet nedefra. Til én terminal et interfacemodul kan tilsluttes. Afhængigt af kundens opgaver kan disse være digitale eller analoge ind-/udgange eller serielle interfaces. Interfacekontakterne er beskyttet af et forseglet stik med en M12 gevindforbindelse.
- — 4 analoge indgange og 4 digitale indgange
- WISE-S615-A - 6 kanaler til RTD (Resistance Temperature Detector) termometer
- WISE-S617-A - 6 digitale indgange, 2 RS-232/485 serielle interfaces
Wzzard LRPv2 serie sensor
BB serie sensorer Disse er LoRaWAN-abonnentenheder designet til dataindsamling i barske miljøer og designet til hurtig installation. De har en magnetisk base og kan fastgøres sikkert til metaloverflader uden yderligere fastgørelsesanordninger, hvilket giver dig mulighed for hurtigt at implementere et netværk af mange enheder. Det forseglede interfacestik, der er placeret på siden, er designet til tilslutning af eksterne perifere enheder og sensorer.
Технические характеристики
- Drift i alle frekvensområder LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetisk montering på metaloverflade
- Interfaces RS485 (Modbus), 4 analoge indgange, 2 digitale udgange, 1 digital udgang
- Forseglet tilslutning af interfacekablet
- Drevet af 2 AA lithium batterier, solpaneler eller 9~36V strømforsyning
- Beskyttelsesklasse IP66
- Drift ved temperaturer -40 ~ 75°C
LoRaWAN basestationer
Advantech tilbyder et komplet udvalg af enheder til implementering af et privat LoRaWAN-netværk. Gateways serie bruges til at forbinde abonnentenheder, som f.eks и og overføre data til applikationsserveren. Linjen omfatter modeller, der understøtter samtidig tilslutning af 100 og 500 abonnentenheder. Gatewayen er forbundet til internettet via Ethernet; versioner med indbygget 4G-modem er også tilgængelige. Understøtter MQTT- og Modbus-protokoller til dataoverførsel til applikationsserveren.
Технические характеристики
- Understøtter alle LoRaWAN-bånd
- Samtidig servicering af 100 eller 500 abonnentenheder
- Ethernet-forbindelse
- Valgfrit: indbygget LTE-modem
- Indbygget VPN-server/klient
Konklusion
LoRaWAN-teknologien tiltrækker sig fortjent stor opmærksomhed blandt industrielle løsninger, og i dag kan den effektivt løse mange forretningsproblemer. Men for de fleste kunder er LoRaWAN stadig en lidet kendt og uforståelig teknologi. Vi tror på, at det i den nærmeste fremtid vil være lige så udbredt som klassiske mobilnetværk, hvilket vil give vores kunder mulighed for lettere at implementere autonome Internet of Things-løsninger.
Kilde: www.habr.com