Το LoRaWAN είναι μια τεχνολογία που κερδίζει γρήγορα δημοτικότητα στον τομέα των λύσεων Internet of Things. Ταυτόχρονα, για πολλούς πελάτες παραμένει ελάχιστα μελετημένο και εξωτικό, γι' αυτό και υπάρχουν πολλοί μύθοι και παρανοήσεις γύρω του. Το 2018, η Ρωσία ενέκρινε τροποποιήσεις στη νομοθεσία σχετικά με τη χρήση των συχνοτήτων LoRaWAN, οι οποίες διευρύνουν τις δυνατότητες χρήσης αυτής της τεχνολογίας χωρίς άδεια. Πιστεύουμε ότι τώρα είναι η καλύτερη στιγμή για να αρχίσετε να χρησιμοποιείτε αυτήν την τεχνολογία για την επίλυση πραγματικών επιχειρηματικών προβλημάτων.
Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τις βασικές αρχές του LoRaWAN, τις επιλογές για τη δημιουργία του δικού σας δικτύου και τη χρήση τρίτων παρόχων, και επίσης θα μιλήσουμε για τα προϊόντα μας που υποστηρίζουν το LoRaWAN.
Τι είναι το LoRaWAN
Το LoRaWAN είναι ένα σύνολο πρωτοκόλλων που ορίζουν φυσικά και δικτυακά επίπεδα μεταφοράς δεδομένων για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης και χαμηλής κατανάλωσης που λειτουργούν σε μεγάλες αποστάσεις. Η συντομογραφία LoRa σημαίνει Long Range, δηλαδή μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης δεδομένων, και WAN (Wide Area Network) σημαίνει ότι το πρωτόκολλο περιγράφει επίσης το επίπεδο δικτύου.
Σε αντίθεση με τα γνωστά πρότυπα ασύρματης επικοινωνίας GSM/3G/LTE/WiFi, το LoRaWAN σχεδιάστηκε αρχικά για να εξυπηρετεί ταυτόχρονα έναν τεράστιο αριθμό συσκευών χαμηλής κατανάλωσης συνδρομητών. Ως εκ τούτου, η κύρια έμφαση δίνεται στην προστασία από παρεμβολές, την ενεργειακή απόδοση και την εμβέλεια. Ταυτόχρονα, οι μέγιστοι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων περιορίζονται μόνο σε λίγα kilobits ανά δευτερόλεπτο.
Όπως ένα κυψελοειδές δίκτυο, το LoRaWAN έχει συσκευές συνδρομητών και σταθμούς βάσης. Το εύρος επικοινωνίας μεταξύ της συσκευής συνδρομητή και του σταθμού βάσης μπορεί να φτάσει τα 10 km. Σε αυτήν την περίπτωση, οι συσκευές συνδρομητών συνήθως τροφοδοτούνται μόνοι τους από μπαταρία και τις περισσότερες φορές βρίσκονται σε λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας, ξυπνώντας περιστασιακά για βραχυπρόθεσμη ανταλλαγή δεδομένων με τον διακομιστή. Για παράδειγμα, οι μετρητές νερού μπορούν να ξυπνούν μία φορά κάθε λίγες μέρες και να μεταδίδουν την τρέχουσα τιμή του όγκου νερού που καταναλώνεται στον διακομιστή και να παραμένουν σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας τον υπόλοιπο χρόνο. Αυτή η προσέγγιση καθιστά δυνατή την απόκτηση συσκευών που λειτουργούν έως και αρκετά χρόνια χωρίς την ανάγκη αντικατάστασης μπαταριών. Το καθήκον των συσκευών LoRaWAN είναι να μεταδίδουν/λαμβάνουν τα απαραίτητα δεδομένα από το σταθμό βάσης όσο το δυνατόν γρηγορότερα και να ελευθερώνουν τα ραδιοκύματα για άλλες συσκευές, επομένως το δίκτυο έχει αυστηρούς κανόνες για το χρόνο που καταλαμβάνει στον αέρα. Οι συσκευές μεταδίδουν δεδομένα μόνο αφού λάβουν επιβεβαίωση από το σταθμό βάσης, αυτό σας επιτρέπει να ελέγχετε το φορτίο των ραδιοκυμάτων στην πλευρά του διακομιστή και να κατανέμετε ομοιόμορφα τις περιόδους ανταλλαγής δεδομένων με την πάροδο του χρόνου.
Το πρότυπο LoRa περιγράφει το φυσικό επίπεδο, τη διαμόρφωση σήματος στις περιοχές συχνοτήτων 433 MHz, 868 MHz στην Ευρώπη, 915 MHz Αυστραλία/Αμερική και 923 MHz Ασία. Στη Ρωσία, το LoRaWAN χρησιμοποιεί τη ζώνη των 868 MHz.
Πώς λειτουργεί το LoRaWAN
Δεδομένου ότι το LoRaWAN λειτουργεί σε εύρος χωρίς άδεια, απλοποιεί σημαντικά την ανάπτυξη του δικού του δικτύου με σταθμούς βάσης, οπότε δεν χρειάζεται να εξαρτάται από τους τηλεπικοινωνιακούς φορείς. Εκτός από την ανάπτυξη του δικού σας δικτύου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τα δίκτυα των υπαρχόντων παρόχων. Οι πάροχοι LoRaWAN υπάρχουν ήδη σε όλο τον κόσμο και πρόσφατα άρχισαν να εμφανίζονται στη Ρωσία, για παράδειγμα ο πάροχος στο δίκτυό σας LoRaWAN σε πολλές πόλεις.
Στη Ρωσία, το LoRaWAN λειτουργεί συνήθως στην περιοχή 866-869 MHz, το μέγιστο πλάτος καναλιού που καταλαμβάνεται από μία συσκευή συνδρομητή είναι 125 kHz. Έτσι μοιάζει η ανταλλαγή δεδομένων μέσω του πρωτοκόλλου LoRaWAN σε ένα φασματόγραμμα που καταγράφηκε από τον χρήστη habra Ruslan Nadyrshin με τη βοήθεια του SDR.
Στη Ρωσία, από το 2018, έχουν εγκριθεί τροποποιήσεις νόμων που μειώνουν σημαντικά τους περιορισμούς στη χρήση συχνοτήτων 868 MHz. Μπορείτε να διαβάσετε αναλυτικά για τους νέους νομοθετικούς κανόνες που ρυθμίζουν τις συχνότητες LoRaWAN στη Ρωσία .
Σταθμός βάσης — στην ορολογία των προτύπων LoRaWAN ονομάζεται πύλη ή κόμβος. Όσον αφορά τον σκοπό, αυτή η συσκευή είναι παρόμοια με τους σταθμούς βάσης των συμβατικών κυψελοειδών δικτύων κινητής τηλεφωνίας: οι τελικές συσκευές συνδέονται σε αυτήν και ακολουθούν τις οδηγίες της για την επιλογή καναλιών, ισχύος και χρονοθυρίδων για μετάδοση δεδομένων. Οι σταθμοί βάσης συνδέονται με έναν κεντρικό διακομιστή λογισμικού, ο οποίος έχει πρόσβαση στην κατάσταση ολόκληρου του δικτύου στο σύνολό του, ασχολείται με το σχεδιασμό συχνότητας κ.λπ.
Συνήθως, οι σταθμοί βάσης LoRaWAN είναι συνδεδεμένοι σε σταθερή τροφοδοσία και έχουν σταθερή πρόσβαση στο Διαδίκτυο. Η Advantech προσφέρει πολλά μοντέλα σταθμών βάσης της σειράς LoRaWAN με χωρητικότητα 100 και 500 συνδρομητικές συσκευές, και δυνατότητα σύνδεσης στο Internet μέσω Ethernet και LTE.
Συσκευή συνδρομητή - μια συσκευή πελάτη χαμηλής κατανάλωσης, συνήθως αυτοτροφοδοτούμενη. Τις περισσότερες φορές βρίσκεται σε λειτουργία εξοικονόμησης ενέργειας ύπνου. Αλληλεπιδρά με έναν απομακρυσμένο διακομιστή εφαρμογών για τη μετάδοση/λήψη δεδομένων. Αποθηκεύει κλειδιά κρυπτογράφησης για έλεγχο ταυτότητας στο σταθμό βάσης και στο διακομιστή εφαρμογών. Μπορεί να βρίσκεται εντός της περιοχής κάλυψης πολλών σταθμών βάσης. Τηρεί αυστηρά τους κανόνες για την εργασία στον αέρα που λαμβάνεται από το σταθμό βάσης. συσκευές Advantech είναι αρθρωτά τερματικά I/O, με διάφορες αναλογικές και ψηφιακές διεπαφές εισόδου/εξόδου και σειριακές διεπαφές RS-485/232.
Ο πελάτης μπορεί να αναπτύξει τους δικούς του σταθμούς βάσης LoRaWAN ή να χρησιμοποιήσει υπάρχοντα δίκτυα τρίτων παρόχων
Δημόσιο δίκτυο LoRaWAN
Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, οι συσκευές συνδέονται με το δημόσιο δίκτυο ενός τρίτου φορέα. Ο πελάτης χρειάζεται μόνο να αγοράσει συσκευές συνδρομητή και να συνάψει συμφωνία με τον πάροχο και να λάβει κλειδιά για πρόσβαση στο δίκτυο. Ταυτόχρονα, ο πελάτης εξαρτάται πλήρως από την κάλυψη του χειριστή.
Λάβετε υπόψη ότι ένα δημόσιο δίκτυο LoRaWAN μπορεί να έχει αυστηρούς περιορισμούς στον χρόνο ομιλίας που μπορεί να καταλάβει μια συσκευή, επομένως για εφαρμογές που απαιτούν συχνότερη ανταλλαγή δεδομένων, τέτοια δίκτυα μπορεί να μην είναι κατάλληλα.
Πριν από την αποστολή δεδομένων, η συσκευή ζητά άδεια μετάδοσης και μόνο εάν ο σταθμός βάσης απαντήσει με επιβεβαίωση, θα πραγματοποιηθεί η ανταλλαγή.
Όταν χρησιμοποιείτε ένα δίκτυο LoRaWAN τρίτου μέρους, ο πελάτης χρησιμοποιεί την υποδομή σταθμού βάσης κάποιου άλλου και εξαρτάται από την κάλυψη του παρόχου και τους περιορισμούς μεταφοράς δεδομένων του
Αυτή η προσέγγιση είναι βολική, για παράδειγμα, κατά την αντικατάσταση συσκευών συνδρομητών σε αστικές περιοχές όπου υπάρχει ήδη η απαραίτητη υποδομή. Για παράδειγμα, για εγκατάσταση αισθητήρων σε κτίρια κατοικιών και με μικρή ποσότητα μεταδιδόμενων δεδομένων, για συλλογή δεδομένων από μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας ή κατανάλωση νερού. Τέτοιες συσκευές μπορούν να μεταδίδουν δεδομένα μία φορά κάθε λίγες ημέρες.
Ιδιωτικό δίκτυο LoRaWAN
Κατά την ανάπτυξη ενός ιδιωτικού δικτύου, ο πελάτης εγκαθιστά ανεξάρτητα σταθμούς βάσης και σχεδιάζει κάλυψη. Αυτή η προσέγγιση είναι βολική όταν χρειάζεστε πλήρη έλεγχο του δικτύου ή σε τοποθεσίες όπου δεν υπάρχει κάλυψη χειριστή.
Σε ένα ιδιωτικό δίκτυο, ο πελάτης έχει τον απόλυτο έλεγχο της υποδομής
Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, ο πελάτης κάνει μια εφάπαξ επένδυση σε εξοπλισμό για την ανάπτυξη σταθμών βάσης και δεν εξαρτάται πλέον από υπηρεσίες και τρίτους φορείς εκμετάλλευσης. Αυτή η επιλογή είναι κατάλληλη για την κατασκευή δικτύου σε απομακρυσμένες γεωργικές εγκαταστάσεις, εγκαταστάσεις παραγωγής κ.λπ. Η κατοχή του δικού σας δικτύου διευκολύνει την κλιμάκωση της υπάρχουσας υποδομής, την αύξηση της κάλυψης, τον αριθμό των συσκευών συνδρομητών και τον όγκο των μεταδιδόμενων δεδομένων.
Τερματικά εισόδου/εξόδου συνδρομητών
Технические характеристики
- Εκδόσεις για όλες τις παγκόσμιες ζώνες συχνοτήτων LoRaWAN
- Εύρος επικοινωνίας με βάση έως 5 χλμ
- Μονάδες επέκτασης για σύνδεση περιφερειακές συσκευές
- Ενσωματωμένο Μπαταρία 4000mAh
- Μονάδα GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Προστασία IP65
- Προγραμματισμός USB
Συσκευές σειράς είναι αρθρωτά τερματικά για τη σύνδεση διαφόρων περιφερειακών συσκευών στο δίκτυο LoRaWAN. Με τη βοήθειά τους, μπορείτε να συλλέξετε δεδομένα από οποιουσδήποτε ψηφιακούς και αναλογικούς αισθητήρες, όπως θερμόμετρα, υγρόμετρα, βαρόμετρα, επιταχυνσιόμετρα κ.λπ., και να ελέγξετε άλλες συσκευές μέσω διασυνδέσεων RS-232/485. Διαθέτει ενσωματωμένη μπαταρία 4000mA, η οποία μπορεί να λειτουργήσει αυτόνομα έως και έξι μήνες. Ενσωματώνεται με ηλιακούς συλλέκτες για φόρτιση της μπαταρίας. Ο ενσωματωμένος δέκτης GPS σάς επιτρέπει να προσδιορίζετε με ακρίβεια τη θέση της συσκευής, γεγονός που απλοποιεί τη λογιστική και την εγκατάσταση: οι συσκευές μπορούν να τοποθετηθούν χωρίς πρώτα να εισέλθουν στη βάση δεδομένων και μετά την εγκατάσταση συνδέονται αυτόματα με το αντικείμενο με βάση τις ληφθείσες συντεταγμένες.
Ο προγραμματισμός και η διαμόρφωση πραγματοποιούνται μέσω μιας κανονικής διεπαφής USB και δεν απαιτούν πρόσθετους ελεγκτές και προγραμματιστές, επομένως μπορεί να γίνει επιτόπου χρησιμοποιώντας φορητό υπολογιστή.
Μονάδες διεπαφής
Ένα σύνολο διεπαφών για τη σύνδεση εξωτερικών συσκευών , υλοποιείται χρησιμοποιώντας μονάδες διεπαφής που συνδέονται από κάτω. Σε ένα τερματικό μπορεί να συνδεθεί μία μονάδα διασύνδεσης. Ανάλογα με τις εργασίες του πελάτη, αυτές μπορεί να είναι ψηφιακές ή αναλογικές είσοδοι/έξοδοι ή σειριακές διεπαφές. Οι επαφές διασύνδεσης προστατεύονται από ένα σφραγισμένο σύνδεσμο με σύνδεση με σπείρωμα M12.
- — 4 αναλογικές και 4 ψηφιακές είσοδοι
- WISE-S615-A - 6 κανάλια για θερμόμετρο RTD (Resistance Temperature Detector)
- WISE-S617-A - 6 ψηφιακές είσοδοι, 2 σειριακές διεπαφές RS-232/485
Αισθητήρας σειράς Wzzard LRPv2
Αισθητήρες σειράς BB Αυτές είναι συσκευές συνδρομητών LoRaWAN που έχουν σχεδιαστεί για συλλογή δεδομένων σε σκληρά περιβάλλοντα και έχουν σχεδιαστεί για γρήγορη εγκατάσταση. Έχουν μαγνητική βάση και μπορούν να στερεωθούν με ασφάλεια σε μεταλλικές επιφάνειες χωρίς πρόσθετους συνδετήρες, γεγονός που σας επιτρέπει να αναπτύξετε γρήγορα ένα δίκτυο πολλών συσκευών. Η σφραγισμένη υποδοχή διασύνδεσης, που βρίσκεται στο πλάι, έχει σχεδιαστεί για τη σύνδεση εξωτερικών περιφερειακών συσκευών και αισθητήρων.
Технические характеристики
- Λειτουργία σε όλες τις περιοχές συχνοτήτων LoRaWAN 868/915/923MHz
- Μαγνητική βάση σε μεταλλική επιφάνεια
- Διεπαφές RS485 (Modbus), 4 αναλογικές είσοδοι, 2 ψηφιακές έξοδοι, 1 ψηφιακή έξοδος
- Σφραγισμένη σύνδεση του καλωδίου διασύνδεσης
- Τροφοδοτείται από 2 μπαταρίες λιθίου ΑΑ, ηλιακούς συλλέκτες ή τροφοδοτικό 9~36V
- Κατηγορία προστασίας IP66
- Λειτουργία σε θερμοκρασίες -40 ~ 75°C
Σταθμοί βάσης LoRaWAN
Η Advantech προσφέρει μια πλήρη γκάμα συσκευών για την ανάπτυξη ενός ιδιωτικού δικτύου LoRaWAN. Σειρά Gateways χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση συσκευών συνδρομητών, όπως π.χ и , και μετάδοση δεδομένων στον διακομιστή εφαρμογών. Η σειρά περιλαμβάνει μοντέλα που υποστηρίζουν την ταυτόχρονη σύνδεση 100 και 500 συνδρομητικών συσκευών. Η πύλη συνδέεται στο Διαδίκτυο μέσω Ethernet, ενώ διατίθενται και εκδόσεις με ενσωματωμένο μόντεμ 4G. Υποστηρίζει πρωτόκολλα MQTT και Modbus για μεταφορά δεδομένων στον διακομιστή εφαρμογών.
Технические характеристики
- Υποστηρίζει όλες τις μπάντες LoRaWAN
- Ταυτόχρονη εξυπηρέτηση 100 ή 500 συνδρομητικών συσκευών
- Σύνδεση Ethernet
- Προαιρετικά: ενσωματωμένο μόντεμ LTE
- Ενσωματωμένος διακομιστής/πελάτης VPN
Συμπέρασμα
Η τεχνολογία LoRaWAN προσελκύει επάξια μεγάλη προσοχή μεταξύ των βιομηχανικών λύσεων και σήμερα μπορεί να λύσει αποτελεσματικά πολλά επιχειρηματικά προβλήματα. Αλλά για τους περισσότερους πελάτες, το LoRaWAN παραμένει μια ελάχιστα γνωστή και ακατανόητη τεχνολογία. Πιστεύουμε ότι στο εγγύς μέλλον θα είναι τόσο διαδεδομένο όσο τα κλασικά κυψελωτά δίκτυα, γεγονός που θα επιτρέψει στους πελάτες μας να εφαρμόσουν πιο εύκολα αυτόνομες λύσεις Διαδικτύου των Πραγμάτων.
Πηγή: www.habr.com