LoRaWAN est une technologie qui gagne rapidement en popularité dans le domaine des solutions Internet des objets. Dans le même temps, pour de nombreux clients, il reste peu étudié et exotique, c'est pourquoi il existe de nombreux mythes et idées fausses à son sujet. En 2018, la Russie a adopté des modifications à la législation sur l'utilisation des fréquences LoRaWAN, qui élargissent les possibilités d'utilisation de cette technologie sans licence. Nous pensons que c’est le meilleur moment pour commencer à utiliser cette technologie pour résoudre de réels problèmes commerciaux.
Dans cet article, nous examinerons les principes de base de LoRaWAN, les options pour créer votre propre réseau et utiliser des fournisseurs tiers, et parlerons également de nos produits prenant en charge LoRaWAN.
Qu'est-ce que LoRaWAN
LoRaWAN est un ensemble de protocoles qui définissent les couches de transfert de données physiques et réseau pour les appareils à faible consommation et fonctionnant sur de longues distances. L'abréviation LoRa signifie Long Range, c'est-à-dire longues distances de transmission de données, et WAN (Wide Area Network) signifie que le protocole décrit également la couche réseau.
Contrairement aux normes de communication sans fil GSM/3G/LTE/WiFi bien connues, LoRaWAN a été conçu à l'origine pour desservir simultanément un grand nombre d'appareils d'abonnés à faible consommation. L’accent est donc mis sur l’immunité aux interférences, l’efficacité énergétique et la portée. Dans le même temps, les taux de transfert de données maximaux sont limités à seulement quelques kilobits par seconde.
Comme un réseau cellulaire, LoRaWAN dispose d'appareils d'abonné et de stations de base. La portée de communication entre l'appareil de l'abonné et la station de base peut atteindre 10 km. Dans ce cas, les appareils des abonnés sont généralement auto-alimentés par une batterie et sont la plupart du temps en mode économie d'énergie, se réveillant occasionnellement pour un échange de données à court terme avec le serveur. Par exemple, les compteurs d'eau peuvent se réveiller tous les quelques jours et transmettre la valeur actuelle du volume d'eau consommé au serveur, et rester en mode veille le reste du temps. Cette approche permet d'obtenir des appareils qui fonctionnent jusqu'à plusieurs années sans avoir besoin de remplacer les piles. La tâche des appareils LoRaWAN est de transmettre/recevoir les données nécessaires de la station de base le plus rapidement possible et de libérer les ondes pour d'autres appareils, le réseau a donc des règles strictes concernant le temps passé en ondes. Les appareils ne transmettent des données qu'après avoir reçu la confirmation de la station de base, cela vous permet de contrôler la charge sur les ondes côté serveur et de répartir uniformément les sessions d'échange de données dans le temps.
La norme LoRa décrit la couche physique, la modulation du signal dans les gammes de fréquences 433 MHz, 868 MHz en Europe, 915 MHz en Australie/Amérique et 923 MHz en Asie. En Russie, LoRaWAN utilise la bande 868 MHz.
Comment fonctionne LoRaWAN
Étant donné que LoRaWAN fonctionne dans une gamme sans licence, il simplifie grandement le déploiement de son propre réseau avec des stations de base, auquel cas il n'est pas nécessaire de dépendre des opérateurs télécoms. En plus de déployer votre propre réseau, vous pouvez utiliser les réseaux des opérateurs existants. Les fournisseurs LoRaWAN existent déjà partout dans le monde et ont récemment commencé à apparaître en Russie, par exemple l'opérateur à votre réseau LoRaWAN dans de nombreuses villes.
En Russie, LoRaWAN fonctionne généralement dans la plage 866-869 MHz, la largeur maximale du canal occupé par un appareil d'abonné est de 125 kHz. Voici à quoi ressemble l'échange de données via le protocole LoRaWAN sur un spectrogramme enregistré par l'utilisateur Habra Ruslan Nadyrshin avec l'aide du SDR.
En Russie, depuis 2018, des modifications ont été adoptées aux lois qui réduisent considérablement les restrictions sur l'utilisation des fréquences 868 MHz. Vous pouvez lire en détail les nouvelles normes législatives régissant les fréquences LoRaWAN en Russie .
Station de base — dans la terminologie des normes LoRaWAN, on l'appelle une passerelle ou un hub. En termes d'objectif, cet appareil est similaire aux stations de base des réseaux cellulaires mobiles conventionnels : les appareils finaux s'y connectent et suivent ses instructions pour sélectionner les canaux, la puissance et les plages horaires de transmission des données. Les stations de base sont connectées à un serveur logiciel centralisé, qui a accès à l'état de l'ensemble du réseau, s'occupe de la planification des fréquences, etc.
En règle générale, les stations de base LoRaWAN sont connectées à une alimentation fixe et disposent d'un accès Internet stable. Advantech propose plusieurs modèles de stations de base de la série LoRaWAN avec une capacité de 100 et 500 appareils abonnés et la possibilité de se connecter à Internet via Ethernet et LTE.
Appareil d'abonné - un appareil client basse consommation, généralement auto-alimenté. La plupart du temps, il est en mode économie d’énergie veille. Interagit avec un serveur d'applications distant pour transmettre/recevoir des données. Stocke les clés de cryptage pour l'authentification sur la station de base et le serveur d'applications. Peut se trouver dans la zone de couverture de plusieurs stations de base. Respecte strictement les règles de travail sur l'air reçu de la station de base. Dispositifs Advantech sont des terminaux d'E/S modulaires, avec diverses interfaces d'entrée/sortie analogiques et numériques et des interfaces série RS-485/232.
Le client peut déployer ses propres stations de base LoRaWAN ou utiliser les réseaux existants d'opérateurs tiers
Réseau public LoRaWAN
Dans cette architecture, les appareils sont connectés au réseau public d'un opérateur tiers. Le client n'a qu'à acheter les appareils des abonnés, conclure un accord avec le fournisseur et recevoir les clés pour accéder au réseau. Dans le même temps, le client est entièrement dépendant de la couverture de l’opérateur.
Gardez à l’esprit qu’un réseau public LoRaWAN peut avoir des restrictions strictes sur le temps d’antenne qu’un appareil peut occuper, donc pour les applications qui nécessitent un échange de données plus fréquent, ces réseaux peuvent ne pas convenir.
Avant d'envoyer des données, l'appareil demande l'autorisation de transmettre, et ce n'est que si la station de base répond par confirmation que l'échange aura lieu.
Lors de l'utilisation d'un réseau LoRaWAN tiers, le client utilise l'infrastructure de la station de base de quelqu'un d'autre et dépend de la couverture du fournisseur et de ses restrictions de transfert de données.
Cette approche est pratique, par exemple, lors du remplacement des appareils d'abonnés dans les zones urbaines où l'infrastructure nécessaire existe déjà. Par exemple, pour installer des capteurs dans des bâtiments résidentiels et avec une petite quantité de données transmises, pour collecter des données de compteurs d'électricité ou de consommation d'eau. De tels appareils peuvent transmettre des données une fois tous les quelques jours.
Réseau LoRaWAN privé
Lors du déploiement d'un réseau privé, le client installe indépendamment les stations de base et planifie la couverture. Cette approche est pratique lorsque vous avez besoin d'un contrôle complet sur le réseau ou sur des sites où la couverture de l'opérateur n'existe pas.
Dans un réseau privé, le client a un contrôle total sur l'infrastructure
Dans cette architecture, le client réalise un investissement ponctuel dans les équipements de déploiement des stations de base et n'est plus dépendant des services et des opérateurs tiers. Cette option convient à la construction d'un réseau sur des sites agricoles éloignés, des installations de production, etc. Avoir votre propre réseau facilite la mise à l'échelle de l'infrastructure existante, l'augmentation de la couverture, le nombre d'appareils d'abonnés et le volume de données transmises.
Bornes d'E/S de l'abonné
caractéristiques techniques
- Versions pour toutes les bandes de fréquences LoRaWAN mondiales
- Portée de communication avec base à 5km
- Modules d'extension pour la connexion périphériques
- Встроенный Batterie 4000mAh
- Module GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Protection IP65
- Programmation USB
Appareils de série sont des terminaux modulaires permettant de connecter divers périphériques au réseau LoRaWAN. Avec leur aide, vous pouvez collecter des données de n'importe quel capteur numérique et analogique, tel que des thermomètres, hygromètres, baromètres, accéléromètres, etc., et contrôler d'autres appareils via des interfaces RS-232/485. Il dispose d'une batterie intégrée de 4000 XNUMX mA, qui peut fonctionner de manière autonome jusqu'à six mois. S'intègre aux panneaux solaires pour charger la batterie. Le récepteur GPS intégré vous permet de déterminer avec précision l'emplacement de l'appareil, ce qui simplifie la comptabilité et l'installation : les appareils peuvent être montés sans entrer au préalable dans la base de données, et après l'installation, ils sont automatiquement liés à l'objet en fonction des coordonnées reçues.
La programmation et la configuration s'effectuent via une interface USB classique et ne nécessitent pas de contrôleurs ni de programmateurs supplémentaires, elles peuvent donc être effectuées sur place à l'aide d'un ordinateur portable.
Modules d'interface
Un ensemble d'interfaces pour connecter des appareils externes à , est réalisé à l'aide de modules d'interface connectés par le bas. Vers un terminal un module d'interface peut être connecté. Selon les tâches du client, il peut s'agir d'entrées/sorties numériques ou analogiques, ou d'interfaces série. Les contacts de l'interface sont protégés par un connecteur étanche avec une connexion filetée M12.
- — 4 entrées analogiques et 4 entrées numériques
- WISE-S615-A - 6 canaux pour thermomètre RTD (Détecteur de Température à Résistance)
- WISE-S617-A - 6 entrées numériques, 2 interfaces série RS-232/485
Capteur série Wzzard LRPv2
Capteurs série BB Il s'agit d'appareils d'abonné LoRaWAN conçus pour la collecte de données dans des environnements difficiles et conçus pour une installation rapide. Ils ont une base magnétique et peuvent être solidement fixés aux surfaces métalliques sans attaches supplémentaires, ce qui vous permet de déployer rapidement un réseau de nombreux appareils. Le connecteur d'interface scellé, situé sur le côté, est conçu pour connecter des périphériques et des capteurs externes.
caractéristiques techniques
- Fonctionnement dans toutes les gammes de fréquences LoRaWAN 868/915/923 MHz
- Support magnétique sur surface métallique
- Interfaces RS485 (Modbus), 4 entrées analogiques, 2 sorties numériques, 1 sortie numérique
- Connexion étanche du câble d'interface
- Alimenté par 2 piles au lithium AA, des panneaux solaires ou une alimentation 9 ~ 36 V
- Classe de protection IP66
- Fonctionnement à des températures de -40 ~ 75°C
Stations de base LoRaWAN
Advantech propose une gamme complète d'appareils pour déployer un réseau LoRaWAN privé. Série Passerelles sont utilisés pour connecter les appareils des abonnés, tels que и , et transmettre des données au serveur d'applications. La gamme comprend des modèles prenant en charge la connexion simultanée de 100 et 500 appareils abonnés. La passerelle est connectée à Internet via Ethernet ; des versions avec modem 4G intégré sont également disponibles. Prend en charge les protocoles MQTT et Modbus pour le transfert de données vers le serveur d'applications.
caractéristiques techniques
- Prend en charge toutes les bandes LoRaWAN
- Service simultané de 100 ou 500 appareils d'abonnés
- Connexion Ethernet
- En option : modem LTE intégré
- Serveur/client VPN intégré
Conclusion
La technologie LoRaWAN attire à juste titre beaucoup d'attention parmi les solutions industrielles et peut aujourd'hui résoudre efficacement de nombreux problèmes commerciaux. Mais pour la plupart des clients, LoRaWAN reste encore une technologie peu connue et incompréhensible. Nous pensons que dans un avenir proche, ils seront aussi répandus que les réseaux cellulaires classiques, ce qui permettra à nos clients de mettre en œuvre plus facilement des solutions Internet des objets autonomes.
Source: habr.com