LoRaWAN es una tecnología que está ganando rápidamente popularidad en el campo de las soluciones de Internet de las cosas. Al mismo tiempo, para muchos clientes sigue siendo poco estudiado y exótico, por lo que existen muchos mitos y conceptos erróneos en torno a él. En 2018, Rusia adoptó modificaciones a la legislación sobre el uso de frecuencias LoRaWAN, que amplían las posibilidades de utilizar esta tecnología sin licencia. Creemos que ahora es el mejor momento para empezar a utilizar esta tecnología para resolver problemas empresariales reales.
En este artículo veremos los principios básicos de LoRaWAN, las opciones para construir su propia red y utilizar proveedores externos, y también hablaremos sobre nuestros productos compatibles con LoRaWAN.
¿Qué es LoRaWAN?
LoRaWAN es un conjunto de protocolos que definen capas de transferencia de datos físicas y de red para dispositivos de bajo consumo y baja potencia que operan a largas distancias. La abreviatura LoRa significa largo alcance, es decir, largas distancias de transmisión de datos, y WAN (red de área amplia) significa que el protocolo también describe la capa de red.
A diferencia de los conocidos estándares de comunicación inalámbrica GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN fue diseñado originalmente para servir simultáneamente a una gran cantidad de dispositivos de suscriptores de bajo consumo. Por lo tanto, el énfasis principal está en la inmunidad a las interferencias, la eficiencia energética y el alcance. Al mismo tiempo, las velocidades máximas de transferencia de datos están limitadas a unos pocos kilobits por segundo.
Al igual que una red celular, LoRaWAN tiene dispositivos de abonado y estaciones base. El alcance de comunicación entre el dispositivo del abonado y la estación base puede alcanzar los 10 km. En este caso, los dispositivos del abonado suelen funcionar automáticamente con una batería y la mayor parte del tiempo están en modo de ahorro de energía, despertándose ocasionalmente para un intercambio de datos de corta duración con el servidor. Por ejemplo, los medidores de agua pueden activarse una vez cada pocos días y transmitir el valor actual del volumen de agua consumido al servidor, y permanecer en modo de suspensión el resto del tiempo. Este enfoque permite obtener dispositivos que funcionan durante varios años sin necesidad de reemplazar las baterías. La tarea de los dispositivos LoRaWAN es transmitir/recibir los datos necesarios desde la estación base lo más rápido posible y liberar ondas para otros dispositivos, por lo que la red tiene reglas estrictas para el tiempo que se pasa en el aire. Los dispositivos transmiten datos solo después de recibir la confirmación de la estación base, esto le permite controlar la carga de las ondas en el lado del servidor y distribuir uniformemente las sesiones de intercambio de datos a lo largo del tiempo.
El estándar LoRa describe la capa física, la modulación de la señal en los rangos de frecuencia 433 MHz, 868 MHz en Europa, 915 MHz en Australia/América y 923 MHz en Asia. En Rusia, LoRaWAN utiliza la banda de 868 MHz.
Cómo funciona LoRaWAN
Dado que LoRaWAN opera en un rango sin licencia, simplifica enormemente el despliegue de su propia red con estaciones base, en cuyo caso no es necesario depender de operadores de telecomunicaciones. Además de implementar su propia red, puede utilizar las redes de los operadores existentes. Los proveedores de LoRaWAN ya existen en todo el mundo y recientemente han comenzado a aparecer en Rusia, por ejemplo el operador a su red LoRaWAN en muchas ciudades.
En Rusia, LoRaWAN suele funcionar en el rango de 866-869 MHz, el ancho máximo de canal ocupado por un dispositivo de abonado es de 125 kHz. Así se ve el intercambio de datos a través del protocolo LoRaWAN en un espectrograma registrado por el usuario de habra Ruslan Nadyrshin con la ayuda de DEG.
En Rusia, desde 2018 se han adoptado modificaciones a las leyes que reducen significativamente las restricciones al uso de frecuencias de 868 MHz. Puede leer en detalle sobre las nuevas normas legislativas que regulan las frecuencias LoRaWAN en Rusia. .
Estación base — en la terminología de los estándares LoRaWAN se denomina puerta de enlace o concentrador. En términos de propósito, este dispositivo es similar a las estaciones base de las redes celulares móviles convencionales: los dispositivos finales se conectan a él y siguen sus instrucciones para seleccionar canales, potencia e intervalos de tiempo para la transmisión de datos. Las estaciones base están conectadas a un servidor de software centralizado, que tiene acceso al estado de toda la red, se ocupa de la planificación de frecuencias, etc.
Normalmente, las estaciones base LoRaWAN están conectadas a una fuente de alimentación estacionaria y tienen acceso estable a Internet. Advantech ofrece varios modelos de estaciones base de la serie LoRaWAN con capacidad para 100 y 500 dispositivos de abonado, y posibilidad de conectarse a Internet vía Ethernet y LTE.
Dispositivo del suscriptor - un dispositivo cliente de bajo consumo, normalmente autoalimentado. La mayor parte del tiempo está en modo de ahorro de energía en suspensión. Interactúa con un servidor de aplicaciones remoto para transmitir/recibir datos. Almacena claves de cifrado para autenticación en la estación base y el servidor de aplicaciones. Puede estar dentro del área de cobertura de varias estaciones base. Se adhiere estrictamente a las reglas para trabajar en el aire recibido desde la estación base. Dispositivos Advantech Son terminales de E/S modulares, con varias interfaces de entrada/salida analógicas y digitales e interfaces serie RS-485/232.
El cliente puede implementar sus propias estaciones base LoRaWAN o utilizar redes existentes de operadores externos.
Red pública LoRaWAN
En esta arquitectura, los dispositivos están conectados a la red pública de un operador externo. El cliente solo necesita comprar dispositivos de suscriptor y celebrar un acuerdo con el proveedor y recibir claves para acceder a la red. Al mismo tiempo, el cliente depende completamente de la cobertura del operador.
Tenga en cuenta que una red pública LoRaWAN puede tener restricciones estrictas en cuanto al tiempo aire que puede ocupar un dispositivo, por lo que para aplicaciones que requieren un intercambio de datos más frecuente, dichas redes pueden no ser adecuadas.
Antes de enviar datos, el dispositivo solicita permiso para transmitir, y sólo si la estación base responde con confirmación, se realizará el intercambio.
Cuando utiliza una red LoRaWAN de terceros, el cliente utiliza la infraestructura de la estación base de otra persona y depende de la cobertura del proveedor y sus restricciones de transferencia de datos.
Este enfoque es conveniente, por ejemplo, al reemplazar dispositivos de suscriptores en áreas urbanas donde ya existe la infraestructura necesaria. Por ejemplo, para instalar sensores en edificios residenciales y con una pequeña cantidad de datos transmitidos, para recopilar datos de contadores de electricidad o consumo de agua. Estos dispositivos pueden transmitir datos una vez cada pocos días.
Red privada LoRaWAN
Al implementar una red privada, el cliente instala de forma independiente estaciones base y planifica la cobertura. Este enfoque es conveniente cuando necesita un control total de la red o en sitios donde no existe cobertura del operador.
En una red privada, el cliente tiene control total sobre la infraestructura
En esta arquitectura, el cliente realiza una inversión única en equipos para implementar estaciones base y ya no depende de servicios ni de operadores externos. Esta opción es adecuada para construir una red en sitios agrícolas remotos, instalaciones de producción, etc. Tener una red propia facilita escalar la infraestructura existente, aumentar la cobertura, la cantidad de dispositivos de abonado y el volumen de datos transmitidos.
Terminales de E/S de abonado
características técnicas
- Versiones para todas las bandas de frecuencia globales de LoRaWAN
- Rango de comunicación con base hasta 5km
- Módulos de expansión para conexión. periféricos
- Construido batería de 4000mah
- Módulo GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Protección IP65
- programación USB
Dispositivos en serie son terminales modulares para conectar varios dispositivos periféricos a la red LoRaWAN. Con su ayuda, puede recopilar datos de cualquier sensor digital y analógico, como termómetros, higrómetros, barómetros, acelerómetros, etc., y controlar otros dispositivos a través de interfaces RS-232/485. Tiene una batería incorporada de 4000 mA, que puede funcionar de forma autónoma hasta por seis meses. Se integra con paneles solares para cargar la batería. El receptor GPS incorporado le permite determinar con precisión la ubicación del dispositivo, lo que simplifica la contabilidad y la instalación: los dispositivos se pueden montar sin ingresar primero a la base de datos y, después de la instalación, se vinculan automáticamente al objeto según las coordenadas recibidas.
La programación y configuración se realiza a través de una interfaz USB normal y no requiere controladores ni programadores adicionales, por lo que se puede realizar in situ utilizando una computadora portátil.
Módulos de interfaz
Un conjunto de interfaces para conectar dispositivos externos a , se implementa mediante módulos de interfaz conectados desde abajo. A una terminal Se puede conectar un módulo de interfaz. Dependiendo de las tareas del cliente, pueden ser entradas/salidas digitales o analógicas, o interfaces serie. Los contactos de la interfaz están protegidos por un conector sellado con conexión roscada M12.
- — 4 entradas analógicas y 4 entradas digitales
- WISE-S615-A - 6 canales para termómetro RTD (Detector de temperatura de resistencia)
- WISE-S617-A - 6 entradas digitales, 2 interfaces serie RS-232/485
Sensor de la serie Wzzard LRPv2
Sensores de la serie BB Estos son dispositivos de suscriptores de LoRaWAN diseñados para la recopilación de datos en entornos hostiles y diseñados para una instalación rápida. Tienen una base magnética y se pueden fijar de forma segura a superficies metálicas sin sujetadores adicionales, lo que le permite implementar rápidamente una red de muchos dispositivos. El conector de interfaz sellado, ubicado en el lateral, está diseñado para conectar sensores y dispositivos periféricos externos.
características técnicas
- Funcionamiento en todos los rangos de frecuencia LoRaWAN 868/915/923MHz
- Soporte magnético sobre superficie metálica.
- Interfaces RS485 (Modbus), 4 entradas analógicas, 2 salidas digitales, 1 salida digital
- Conexión sellada del cable de interfaz
- Alimentado por 2 pilas de litio AA, paneles solares o fuente de alimentación de 9~36V
- Clase de protección IP66
- Funcionamiento a temperaturas -40 ~ 75°C
Estaciones base LoRaWAN
Advantech ofrece una gama completa de dispositivos para implementar una red LoRaWAN privada. Serie de puertas de enlace se utilizan para conectar dispositivos de abonado, como и y transmitir datos al servidor de aplicaciones. La línea incluye modelos que admiten la conexión simultánea de 100 y 500 dispositivos de suscriptores. La puerta de enlace se conecta a Internet a través de Ethernet; también están disponibles versiones con módem 4G incorporado. Admite protocolos MQTT y Modbus para la transferencia de datos al servidor de aplicaciones.
características técnicas
- Soporta todas las bandas LoRaWAN
- Servicio simultáneo de 100 o 500 dispositivos de suscriptores.
- Conexión Ethernet
- Opcional: módem LTE incorporado
- Servidor/cliente VPN integrado
Conclusión
La tecnología LoRaWAN atrae merecidamente mucha atención entre las soluciones industriales y hoy en día puede resolver eficazmente muchos problemas comerciales. Pero para la mayoría de los clientes, LoRaWAN sigue siendo una tecnología poco conocida e incomprensible. Creemos que en un futuro próximo estará tan extendida como las redes móviles clásicas, lo que permitirá a nuestros clientes implementar más fácilmente soluciones autónomas de Internet de las cosas.
Fuente: habr.com