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 blev der vedtaget ændringer til lovgivningen om brug af LoRaWAN-frekvenser i Rusland, 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 lag og netværkslag til datatransmission for enheder med lavt strømforbrug og lavt forbrug, der arbejder over lange afstande. Forkortelsen LoRa står for Long Range, det vil sige lange datatransmissionsafstande, og WAN (Wide Area Network) betyder, at protokollen også beskriver netværkslaget.
I modsætning til de almindeligt kendte GSM/3G/LTE/WiFi trådløse kommunikationsstandarder, blev LoRaWAN oprindeligt designet til samtidig at betjene et stort antal laveffekt abonnentenheder. Derfor er hovedvægten lagt på interferensmodstand, energieffektivitet og rækkevidde. Samtidig er de maksimale dataoverførselshastigheder begrænset til blot nogle få kilobits i sekundet.
I lighed med et mobilnetværk har LoRaWAN abonnentenheder og basestationer. Abonnentenhedens kommunikationsrækkevidde med basestationen kan nå 10 km. I dette tilfælde har abonnentenheder sædvanligvis autonom batteristrøm og bruger det meste af deres tid i energibesparende tilstand og 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 resten af tiden forbliver de i dvaletilstand. Denne tilgang giver dig mulighed for at få enheder, der fungerer i op til flere år, uden at du behøver at udskifte batterier. LoRaWAN-enheders opgave er at transmittere/modtage de nødvendige data fra basestationen så hurtigt som muligt og frigøre luften til andre enheder, så netværket har strenge regler for tidsforbruget i luften. Enhederne transmitterer kun data efter at have modtaget bekræftelse fra basestationen, hvilket giver serveren mulighed for at kontrollere belastningen på luften 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 bruges 868 MHz-området til LoRaWAN.
Sådan virker LoRaWAN
Da LoRaWAN opererer i et ulicenseret område, gør det det meget nemmere at installere dit eget netværk med basestationer uden 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 sit LoRaWAN-netværk i mange byer.
I Rusland opererer LoRaWAN typisk i området 866-869 MHz, hvor den maksimale kanalbredde optaget af en abonnentenhed er 125 kHz. Sådan ser dataudveksling via LoRaWAN-protokollen ud på et spektrogram optaget af Habr-bruger Ruslan Nadyrshin med hjælp fra SDR.
Siden 2018 er der blevet vedtaget ændringer til love i Rusland, der reducerer restriktioner for brugen af 868 MHz-frekvenser markant. Du kan læse mere om de nye lovgivningsmæssige normer, der regulerer LoRaWAN-frekvenser i Rusland .
Basestation — i LoRaWAN-standardernes terminologi kaldes det en gateway eller en hub. Med hensyn til formål ligner denne enhed basestationer i konventionelle mobilnetværk: slutenheder forbinder til den og følger dens instruktioner om 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, er ansvarlig for frekvensplanlægning mv.
LoRaWAN-basestationer er typisk forbundet til en stationær strømforsyning og har stabil internetadgang. Advantech tilbyder flere modeller af LoRaWAN basestationsserier 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 med autonom strømforsyning. Det meste af tiden er den i dvaletilstand, hvilket sparer energi. Interagerer med en ekstern applikationsserver for at sende/modtage data. Gemmer krypteringsnøgler til godkendelse på basestationen og applikationsserveren. Kan være placeret inden for dækningsområdet for flere basestationer. Overholder strengt reglerne for arbejde på luft modtaget fra basestationen. Enheder Advantech — disse er modulære I/O-terminaler med forskellige analoge og digitale input/output-grænseflader og serielle RS-485/232-grænseflader.
Kunden kan implementere deres egne LoRaWAN-basestationer eller bruge eksisterende netværk fra tredjepartsoperatører
LoRaWAN offentlige netværk
I denne arkitektur forbinder enheder til en tredjepartsoperatørs offentlige netværk. Klienten skal kun købe abonnentenheder og indgå en aftale med udbyderen samt modtage nøgler for at få adgang til netværket. I dette tilfælde er klienten fuldstændig afhængig af operatørens dækning.
Det er vigtigt at bemærke, at offentlige LoRaWAN-netværk kan have strenge begrænsninger på, hvor lang tid en enhed kan bruge i luften, så de er muligvis ikke egnede til applikationer, der kræver hyppigere dataudveksling.
Inden data sendes, anmoder enheden om tilladelse til at sende, og kun hvis basestationen svarer med en bekræftelse, vil udvekslingen finde sted.
Når du bruger et tredjeparts LoRaWAN-netværk, bruger klienten en andens basestationsinfrastruktur og er afhængig af udbyderens dækning og 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.
LoRaWAN privat netværk
Ved implementering af et privat netværk installerer kunden selvstændigt basestationer og planlægger dækning. Denne tilgang er praktisk, når fuld kontrol over netværket er påkrævet, eller på steder, hvor der ikke er nogen operatørdækning.
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 så ikke afhængig af tjenester og tredjepartsoperatører. Denne mulighed er velegnet til at bygge et netværk på fjerntliggende landbrugsfaciliteter, produktionsanlæg osv. At have dit eget netværk gør det nemmere at skalere den eksisterende infrastruktur, øge dækningen, antallet af abonnentenheder og mængden af overført data.
Abonnent input-output terminaler
Технические характеристики
- Versioner til alle verdensomspændende LoRaWAN-frekvensbånd
- Kommunikationsrækkevidde med basen op til 5 km
- Udvidelsesmoduler til tilslutning perifere enheder
- indbyggede 4000mAh batteri
- GPS-modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- IP65 beskyttelse
- Programmering via USB-interface
Serie enheder — disse 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 installeres 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 standard USB-interface og kræver ikke yderligere controllere og programmører, så det kan udføres 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 Du kan tilslutte et interfacemodul. Afhængigt af kundens behov 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 serielle interfaces RS-232/485
Wzzard LRPv2 serie sensor
BB Series sensorer Disse er LoRaWAN-abonnentenheder designet til dataindsamling under barske forhold 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 flere enheder. Det forseglede interfacestik placeret på siden er designet til tilslutning af eksterne perifere enheder og sensorer.
Технические характеристики
- Virker 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
- Drives af 2 x AA lithium-batterier, solpaneler eller 9~36V strømforsyning
- Beskyttelsesklasse IP66
- Arbejder ved temperaturer på -40 ~ 75°C
LoRaWAN basestationer
Advantech tilbyder et komplet udvalg af enheder til implementering af private LoRaWAN-netværk. Gateways til serien 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. Understøttelse af MQTT- og Modbus-protokoller til overførsel af data 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 har fortjent tiltrukket sig stor opmærksomhed i det industrielle løsningsmiljø, og i dag giver den allerede mulighed for effektiv løsning af mange forretningsopgaver. Men for de fleste kunder er LoRaWAN stadig en lidet kendt og misforstået 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 IoT-løsninger.
Kilde: www.habr.com
