LoRaWAN on teknologia, joka on nopeasti saamassa suosiota esineiden internet-ratkaisujen alalla. Samaan aikaan se jää monille asiakkaille vähän tutkituksi ja eksoottiseksi, minkä vuoksi sen ympärillä on monia myyttejä ja väärinkäsityksiä. Venäjä hyväksyi vuonna 2018 LoRaWAN-taajuuksien käyttöä koskevaan lainsäädäntöön muutoksia, jotka laajentavat mahdollisuuksia käyttää tätä teknologiaa ilman lisenssiä. Uskomme, että nyt on paras aika alkaa käyttää tätä tekniikkaa todellisten liiketoimintaongelmien ratkaisemiseen.
Tässä artikkelissa tarkastellaan LoRaWANin perusperiaatteita, vaihtoehtoja oman verkon rakentamiseen ja kolmannen osapuolen palveluntarjoajien käyttämiseen sekä myös tuotteistamme, jotka tukevat LoRaWANia.
Mikä on LoRaWAN
LoRaWAN on joukko protokollia, jotka määrittelevät fyysiset ja verkkotiedonsiirtokerrokset pienitehoisille, vähän virtaa käyttäville laitteille, jotka toimivat pitkiä matkoja. Lyhenne LoRa tarkoittaa Long Range eli pitkiä tiedonsiirtoetäisyyksiä ja WAN (Wide Area Network) tarkoittaa, että protokolla kuvaa myös verkkokerrosta.
Toisin kuin tunnetut langattomat GSM/3G/LTE/WiFi-viestintästandardit, LoRaWAN suunniteltiin alun perin palvelemaan samanaikaisesti valtavaa määrää vähätehoisia tilaajalaitteita. Siksi pääpaino on häiriönkestävyydessä, energiatehokkuudessa ja kantomatkassa. Samaan aikaan tiedonsiirtonopeudet on rajoitettu vain muutamaan kilobittiin sekunnissa.
Kuten matkapuhelinverkossa, LoRaWANilla on tilaajalaitteita ja tukiasemia. Yhteysetäisyys tilaajalaitteen ja tukiaseman välillä voi olla 10 km. Tällöin tilaajalaitteet toimivat yleensä itse akulla ja ovat suurimman osan ajasta energiansäästötilassa herääen toisinaan lyhytaikaista tiedonvaihtoa varten palvelimen kanssa. Vesimittarit voivat esimerkiksi herätä muutaman päivän välein ja välittää kulutetun vesimäärän nykyisen arvon palvelimelle ja pysyä lepotilassa loppuajan. Tämän lähestymistavan avulla on mahdollista saada laitteita, jotka toimivat jopa useita vuosia ilman, että paristoja tarvitsee vaihtaa. LoRaWAN-laitteiden tehtävänä on lähettää/vastaanottaa tarvittavat tiedot tukiasemalta mahdollisimman nopeasti ja vapauttaa radioaaltoja muille laitteille, joten verkossa on tiukat säännöt lähetysajalle. Laitteet lähettävät tietoja vasta saatuaan vahvistuksen tukiasemalta, jolloin voit hallita palvelinpuolen radioaaltojen kuormitusta ja jakaa tiedonsiirtoistunnot tasaisesti ajan kuluessa.
LoRa-standardi kuvaa fyysistä kerrosta, signaalin modulaatiota taajuusalueilla 433 MHz, 868 MHz Euroopassa, 915 MHz Australia/Amerikka ja 923 MHz Aasia. Venäjällä LoRaWAN käyttää 868 MHz:n kaistaa.
Miten LoRaWAN toimii
Koska LoRaWAN toimii lisensoimattomalla alueella, se yksinkertaistaa huomattavasti oman verkkonsa käyttöönottoa tukiasemien kanssa, jolloin ei tarvitse olla riippuvainen teleoperaattoreista. Oman verkon käyttöönoton lisäksi voit käyttää olemassa olevien operaattoreiden verkkoja. LoRaWAN-palveluntarjoajia on jo kaikkialla maailmassa ja ne ovat hiljattain alkaneet ilmestyä Venäjälle, esimerkiksi operaattori LoRaWAN-verkkoosi monissa kaupungeissa.
Venäjällä LoRaWAN toimii yleensä alueella 866-869 MHz, yhden tilaajalaitteen suurin kanavan leveys on 125 kHz. Tältä näyttää tiedonvaihto LoRaWAN-protokollan kautta habra-käyttäjä Ruslanin tallentamassa spektrogrammissa Nadyrshin SDR:n avulla.
Venäjällä on vuodesta 2018 lähtien hyväksytty lakimuutoksia, jotka vähentävät merkittävästi 868 MHz:n taajuuksien käytön rajoituksia. Voit lukea yksityiskohtaisesti uusista lainsäädännöllisistä normeista, jotka säätelevät LoRaWAN-taajuuksia Venäjällä .
Tukiasema — LoRaWAN-standardien terminologiassa kutsutaan yhdyskäytäväksi tai hubiksi. Tämä laite on käyttötarkoitukseltaan samanlainen kuin tavanomaisten matkaviestinverkkojen tukiasemia: päätelaitteet muodostavat yhteyden siihen ja noudattavat sen ohjeita tiedonsiirron kanavien, tehon ja aikavälien valinnassa. Tukiasemat on kytketty keskitettyyn ohjelmistopalvelimeen, jolla on pääsy koko verkon tilaan, se hoitaa taajuussuunnittelua jne.
Tyypillisesti LoRaWAN-tukiasemat on kytketty kiinteään virtalähteeseen ja niillä on vakaa Internet-yhteys. Advantech tarjoaa useita malleja LoRaWAN-sarjan tukiasemista 100 ja 500 tilaajalaitteen kapasiteetti ja mahdollisuus muodostaa Internet-yhteys Ethernetin ja LTE:n kautta.
Tilaajan laite - vähän virtaa käyttävä asiakaslaite, yleensä omatehoinen. Suurimman osan ajasta se on lepotilassa energiansäästötilassa. On vuorovaikutuksessa etäsovelluspalvelimen kanssa tietojen lähettämiseksi/vastaanottamiseksi. Tallentaa salausavaimet todennusta varten tukiasemalle ja sovelluspalvelimelle. Voi olla useiden tukiasemien peittoalueella. Noudattaa tiukasti tukiasemalta vastaanotetulla ilmalla työskentelyä koskevia sääntöjä. Laitteet Advantech ovat modulaarisia I/O-liittimiä, joissa on erilaisia analogisia ja digitaalisia tulo/lähtöliitäntöjä ja RS-485/232-sarjaliitäntöjä.
Asiakas voi ottaa käyttöön omia LoRaWAN-tukiasemiaan tai käyttää olemassa olevia kolmansien osapuolten verkkoja
Julkinen LoRaWAN-verkko
Tässä arkkitehtuurissa laitteet on kytketty kolmannen osapuolen operaattorin julkiseen verkkoon. Asiakkaan tarvitsee vain ostaa tilaajalaitteita ja tehdä sopimus palveluntarjoajan kanssa ja vastaanottaa avaimet verkkoon pääsyä varten. Samalla asiakas on täysin riippuvainen operaattorin kattavuudesta.
Muista, että julkisella LoRaWAN-verkolla voi olla tiukat rajoitukset laitteen käyttämälle lähetysajalle, joten useampaa tiedonvaihtoa vaativille sovelluksille tällaiset verkot eivät välttämättä sovellu.
Ennen tiedon lähettämistä laite pyytää lupaa lähetykseen, ja vain jos tukiasema vastaa vahvistuksella, vaihto tapahtuu.
Käyttäessään kolmannen osapuolen LoRaWAN-verkkoa asiakas käyttää jonkun toisen tukiasemainfrastruktuuria ja riippuu palveluntarjoajan kattavuudesta ja sen tiedonsiirtorajoituksista.
Tämä lähestymistapa on kätevä esimerkiksi vaihdettaessa tilaajalaitteita kaupunkialueilla, joissa tarvittava infrastruktuuri on jo olemassa. Esimerkiksi anturien asentamiseen asuinrakennuksiin ja pienellä määrällä siirrettyä dataa, tiedon keräämiseen sähkömittareista tai vedenkulutuksesta. Tällaiset laitteet voivat lähettää tietoja muutaman päivän välein.
Yksityinen LoRaWAN-verkko
Yksityisen verkon käyttöönoton yhteydessä asiakas asentaa itsenäisesti tukiasemat ja suunnittelee peiton. Tämä lähestymistapa on kätevä, kun tarvitset täydellisen verkon hallinnan tai paikoissa, joissa operaattorin kattavuutta ei ole.
Yksityisessä verkossa asiakkaalla on infrastruktuurin täydellinen hallinta
Tässä arkkitehtuurissa asiakas tekee kertaluonteisen investoinnin tukiasemien käyttöönoton laitteisiin eikä ole enää riippuvainen palveluista ja ulkopuolisista operaattoreista. Tämä vaihtoehto sopii verkon rakentamiseen syrjäisillä maataloustyömailla, tuotantolaitoksissa jne. Oman verkon avulla on helpompi skaalata olemassa olevaa infrastruktuuria, lisätä peittoa, tilaajalaitteiden määrää ja siirrettävän tiedon määrää.
Tilaajan I/O-päätteet
Технические характеристики
- Versiot kaikille globaaleille LoRaWAN-taajuuskaistoille
- Yhteysalue alustan kanssa 5 km asti
- Laajennusmoduulit liitäntää varten oheislaitteet
- Sisäänrakennettu 4000 mAh akku
- GPS-moduuli (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Suojaus IP65
- USB ohjelmointi
Sarjan laitteet ovat modulaarisia päätteitä erilaisten oheislaitteiden liittämiseen LoRaWAN-verkkoon. Niiden avulla voit kerätä tietoja kaikista digitaalisista ja analogisista antureista, kuten lämpömittareista, kosteusmittareista, ilmanpainemittareista, kiihtyvyysantureista jne., ja ohjata muita laitteita RS-232/485-liitäntöjen kautta. Siinä on sisäänrakennettu 4000 mA akku, joka voi toimia itsenäisesti jopa kuusi kuukautta. Integroituu aurinkopaneeleihin lataamaan akkua. Sisäänrakennetun GPS-vastaanottimen avulla voit määrittää tarkasti laitteen sijainnin, mikä helpottaa kirjanpitoa ja asennusta: laitteet voidaan asentaa ilman ensin kirjautumista tietokantaan, ja asennuksen jälkeen ne linkitetään automaattisesti kohteeseen vastaanotettujen koordinaattien perusteella.
Ohjelmointi ja konfigurointi suoritetaan tavallisen USB-liitännän kautta, eikä se vaadi ylimääräisiä ohjaimia ja ohjelmoijia, joten se voidaan tehdä paikan päällä kannettavalla tietokoneella.
Liitäntämoduulit
Joukko liitäntöjä ulkoisten laitteiden liittämiseen , on toteutettu alhaalta kytketyillä liitäntämoduuleilla. Yhteen terminaaliin voidaan liittää yksi liitäntämoduuli. Asiakkaan tehtävistä riippuen ne voivat olla digitaalisia tai analogisia tuloja/lähtöjä tai sarjaliitäntöjä. Liitäntäkoskettimet on suojattu suljetulla liittimellä, jossa on M12-kierreliitäntä.
- — 4 analogista tuloa ja 4 digitaalista tuloa
- WISE-S615-A - 6 kanavaa RTD (Resistance Temperature Detector) -lämpömittarille
- WISE-S617-A - 6 digitaalituloa, 2 RS-232/485-sarjaliitäntää
Wzzard LRPv2 -sarjan anturi
BB sarjan anturit Nämä ovat LoRaWAN-tilaajalaitteita, jotka on suunniteltu tietojen keräämiseen vaativissa ympäristöissä ja suunniteltu nopeaan asennukseen. Niissä on magneettinen pohja ja ne voidaan kiinnittää turvallisesti metallipintoihin ilman lisäkiinnikkeitä, mikä mahdollistaa monien laitteiden verkon nopean käyttöönoton. Sivulla sijaitseva suljettu liitäntäliitin on tarkoitettu ulkoisten oheislaitteiden ja antureiden liittämiseen.
Технические характеристики
- Toiminta kaikilla taajuusalueilla LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magneettinen kiinnitys metallipinnalle
- Liitännät RS485 (Modbus), 4 analogista tuloa, 2 digitaalista lähtöä, 1 digitaalinen lähtö
- Liitäntäkaapelin tiivis liitäntä
- Toimii 2 AA-litiumparistolla, aurinkopaneeleilla tai 9-36 V virtalähteellä
- Suojausluokka IP66
- Käyttö lämpötiloissa -40 ~ 75°C
LoRaWAN-tukiasemat
Advantech tarjoaa täyden valikoiman laitteita yksityisen LoRaWAN-verkon käyttöönottoon. Gateways-sarja käytetään liittämään tilaajalaitteita, kuten и ja lähettää tietoja sovelluspalvelimelle. Linja sisältää malleja, jotka tukevat 100 ja 500 tilaajalaitteen samanaikaista yhteyttä. Yhdyskäytävä on yhteydessä Internetiin Ethernetin kautta, saatavilla on myös sisäänrakennetulla 4G-modeemilla varustettuja versioita. Tukee MQTT- ja Modbus-protokollia tiedonsiirtoon sovelluspalvelimelle.
Технические характеристики
- Tukee kaikkia LoRaWAN-kaistoja
- 100 tai 500 tilaajalaitteen samanaikainen huolto
- Ethernet-yhteys
- Valinnainen: sisäänrakennettu LTE-modeemi
- Sisäänrakennettu VPN-palvelin/asiakas
Johtopäätös
LoRaWAN-teknologia herättää ansaitusti paljon huomiota teollisten ratkaisujen joukossa, ja nykyään se pystyy ratkaisemaan tehokkaasti monia liiketoimintaongelmia. Useimmille asiakkaille LoRaWAN on kuitenkin edelleen vähän tunnettu ja käsittämätön tekniikka. Uskomme sen olevan lähitulevaisuudessa yhtä laajalle levinnyt kuin klassiset matkapuhelinverkot, mikä mahdollistaa asiakkaillemme autonomisten esineiden internet-ratkaisujen helpomman toteuttamisen.
Lähde: will.com