LoRaWAN je tehnologija koja brzo stječe popularnost u području rješenja Internet of Things. U isto vrijeme, za mnoge klijente ostaje malo proučen i egzotičan, zbog čega oko njega postoje mnogi mitovi i zablude. Rusija je 2018. usvojila izmjene i dopune zakona o korištenju LoRaWAN frekvencija, koje proširuju mogućnosti korištenja ove tehnologije bez licence. Vjerujemo da je sada najbolje vrijeme da počnete koristiti ovu tehnologiju za rješavanje stvarnih poslovnih problema.
U ovom ćemo članku pogledati osnovna načela LoRaWAN-a, opcije za izgradnju vlastite mreže i korištenje trećih pružatelja usluga, a također ćemo govoriti o našim proizvodima koji podržavaju LoRaWAN.
Što je LoRaWAN
LoRaWAN je skup protokola koji definiraju fizičke i mrežne slojeve prijenosa podataka za uređaje male snage i male snage koji rade na velikim udaljenostima. Kratica LoRa znači Long Range, odnosno velike udaljenosti prijenosa podataka, a WAN (Wide Area Network) znači da protokol opisuje i mrežni sloj.
Za razliku od dobro poznatih standarda bežične komunikacije GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN je izvorno dizajniran za istovremeno opsluživanje ogromnog broja pretplatničkih uređaja male snage. Stoga je glavni naglasak na otpornosti na smetnje, energetskoj učinkovitosti i dometu. U isto vrijeme, maksimalne brzine prijenosa podataka ograničene su na samo nekoliko kilobita u sekundi.
Kao i mobilna mreža, LoRaWAN ima pretplatničke uređaje i bazne stanice. Domet komunikacije između pretplatničkog uređaja i bazne stanice može doseći 10 km. U ovom slučaju, pretplatnički uređaji obično se sami napajaju iz baterije i većinu vremena su u načinu rada za uštedu energije, povremeno se budeći za kratkotrajnu razmjenu podataka s poslužiteljem. Na primjer, vodomjeri se mogu probuditi jednom u nekoliko dana i prenijeti trenutnu vrijednost potrošene količine vode na server, a ostatak vremena ostati u stanju mirovanja. Ovakav pristup omogućuje dobivanje uređaja koji rade i do nekoliko godina bez potrebe za zamjenom baterija. Zadaća LoRaWAN uređaja je što brže odašiljati/primiti potrebne podatke s bazne stanice i osloboditi eter za druge uređaje, pa mreža ima stroga pravila vremena zauzetosti u eteru. Uređaji prenose podatke tek nakon primanja potvrde od bazne stanice, što vam omogućuje kontrolu opterećenja etera na strani poslužitelja i ravnomjernu raspodjelu sesija razmjene podataka tijekom vremena.
LoRa standard opisuje fizički sloj, modulaciju signala u frekvencijskim rasponima 433 MHz, 868 MHz u Europi, 915 MHz Australija/Amerika i 923 MHz Azija. U Rusiji LoRaWAN koristi pojas od 868 MHz.
Kako radi LoRaWAN
Budući da LoRaWAN radi u nelicenciranom rasponu, uvelike pojednostavljuje postavljanje vlastite mreže s baznim stanicama, u kojem slučaju nema potrebe ovisiti o telekom operaterima. Osim postavljanja vlastite mreže, možete koristiti mreže postojećih operatera. LoRaWAN pružatelji usluga već postoje u cijelom svijetu i nedavno su se počeli pojavljivati u Rusiji, na primjer operater na vašu LoRaWAN mrežu u mnogim gradovima.
U Rusiji LoRaWAN obično radi u rasponu 866-869 MHz, maksimalna širina kanala koju zauzima jedan pretplatnički uređaj je 125 kHz. Ovako izgleda razmjena podataka preko LoRaWAN protokola na spektrogramu koji je snimio habra korisnik Ruslan Nadyrshin uz pomoć SDR-a.
U Rusiji su od 2018. godine usvojeni amandmani na zakone koji značajno smanjuju ograničenja korištenja frekvencija od 868 MHz. Možete detaljno pročitati o novim zakonskim normama koje reguliraju LoRaWAN frekvencije u Rusiji .
Bazna stanica — u terminologiji LoRaWAN standarda naziva se gateway ili hub. Po namjeni ovaj je uređaj sličan baznim stanicama konvencionalnih mobilnih mobilnih mreža: na njega se spajaju krajnji uređaji i prate njegove upute za odabir kanala, snage i vremenskih intervala za prijenos podataka. Bazne stanice su spojene na centralizirani softverski poslužitelj koji ima pristup stanju cijele mreže u cjelini, bavi se planiranjem frekvencija itd.
Obično su LoRaWAN bazne stanice spojene na stacionarno napajanje i imaju stabilan pristup internetu. Advantech nudi nekoliko modela baznih stanica serije LoRaWAN s kapacitetom od 100 i 500 pretplatničkih uređaja, te mogućnošću povezivanja na Internet putem Etherneta i LTE.
Pretplatnički uređaj - klijentski uređaj male snage, obično s vlastitim napajanjem. Većinu vremena je u načinu mirovanja za uštedu energije. Interakcija s udaljenim aplikacijskim poslužiteljem za prijenos/primanje podataka. Pohranjuje ključeve šifriranja za autentifikaciju na baznoj stanici i aplikacijskom poslužitelju. Može biti unutar područja pokrivenosti nekoliko baznih stanica. Strogo se pridržava pravila za rad na eteru primljenom od bazne stanice. Uređaji Advantech su modularni I/O terminali, s različitim analognim i digitalnim ulazno/izlaznim sučeljima i RS-485/232 serijskim sučeljima.
Kupac može postaviti vlastite LoRaWAN bazne stanice ili koristiti postojeće mreže trećih operatera
Javna LoRaWAN mreža
U ovoj su arhitekturi uređaji povezani s javnom mrežom treće strane. Klijent samo treba kupiti pretplatničke uređaje i sklopiti ugovor s davateljem usluga te dobiti ključeve za pristup mreži. Istovremeno, klijent u potpunosti ovisi o pokrivenosti operatera.
Imajte na umu da javna LoRaWAN mreža može imati stroga ograničenja vremena koje uređaj može zauzeti, tako da za aplikacije koje zahtijevaju češću razmjenu podataka takve mreže možda neće biti prikladne.
Prije slanja podataka uređaj traži dopuštenje za prijenos, a tek ako bazna stanica odgovori potvrdom, doći će do razmjene.
Kada koristi LoRaWAN mrežu treće strane, klijent koristi infrastrukturu tuđe bazne stanice i ovisi o pokrivenosti pružatelja usluga i njegovim ograničenjima prijenosa podataka
Ovaj pristup je prikladan, na primjer, kod zamjene pretplatničkih uređaja u urbanim područjima gdje već postoji potrebna infrastruktura. Na primjer, za ugradnju senzora u stambene zgrade i s malom količinom prenesenih podataka, za prikupljanje podataka s mjerača električne energije ili potrošnje vode. Takvi uređaji mogu prenositi podatke svakih nekoliko dana.
Privatna LoRaWAN mreža
Prilikom postavljanja privatne mreže korisnik samostalno postavlja bazne stanice i planira pokrivenost. Ovaj pristup je prikladan kada vam je potrebna potpuna kontrola nad mrežom ili na mjestima gdje operater ne pokriva.
U privatnoj mreži korisnik ima potpunu kontrolu nad infrastrukturom
U ovoj arhitekturi kupac jednokratno ulaže u opremu za postavljanje baznih stanica i više ne ovisi o uslugama i trećim operaterima. Ova je opcija prikladna za izgradnju mreže na udaljenim poljoprivrednim mjestima, proizvodnim pogonima itd. Posjedovanje vlastite mreže olakšava skaliranje postojeće infrastrukture, povećanje pokrivenosti, broja pretplatničkih uređaja i količine prenesenih podataka.
Pretplatnički I/O terminali
Технические характеристики
- Verzije za sve globalne LoRaWAN frekvencijske pojaseve
- Domet komunikacije s bazom do 5km
- Moduli proširenja za spajanje periferni uređaji
- Ugrađen 4000mAh baterija
- GPS modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Zaštita IP65
- USB programiranje
Serijski uređaji su modularni terminali za spajanje raznih perifernih uređaja na LoRaWAN mrežu. Uz njihovu pomoć možete prikupljati podatke sa bilo kojih digitalnih i analognih senzora, kao što su termometri, higrometri, barometri, akcelerometri itd., te upravljati drugim uređajima putem RS-232/485 sučelja. Ima ugrađenu bateriju od 4000mA, koja može autonomno raditi do šest mjeseci. Integrira se sa solarnim panelima za punjenje baterije. Ugrađeni GPS prijamnik omogućuje točno određivanje lokacije uređaja, što pojednostavljuje obračun i instalaciju: uređaji se mogu montirati bez prethodnog ulaska u bazu podataka, a nakon instalacije automatski se povezuju s objektom na temelju primljenih koordinata.
Programiranje i konfiguracija se vrši preko običnog USB sučelja i ne zahtijeva dodatne kontrolere i programatore, tako da se može obaviti na licu mjesta pomoću prijenosnog računala.
Moduli sučelja
Skup sučelja za povezivanje vanjskih uređaja , implementira se pomoću modula sučelja koji se spajaju odozdo. Na jedan terminal može se spojiti jedan modul sučelja. Ovisno o zadacima kupca, to mogu biti digitalni ili analogni ulazi/izlazi ili serijska sučelja. Kontakti sučelja zaštićeni su zatvorenim konektorom s navojnim spojem M12.
- — 4 analogna ulaza i 4 digitalna ulaza
- WISE-S615-A - 6 kanala za RTD (otporni detektor temperature) termometar
- WISE-S617-A - 6 digitalnih ulaza, 2 RS-232/485 serijska sučelja
Senzor serije Wzzard LRPv2
Senzori serije BB Ovo su LoRaWAN pretplatnički uređaji dizajnirani za prikupljanje podataka u teškim uvjetima i dizajnirani za brzu instalaciju. Imaju magnetsku podlogu i mogu se sigurno pričvrstiti na metalne površine bez dodatnih pričvršćivača, što vam omogućuje brzo postavljanje mreže mnogih uređaja. Zatvoreni konektor sučelja, smješten sa strane, dizajniran je za spajanje vanjskih perifernih uređaja i senzora.
Технические характеристики
- Rad u svim frekvencijskim rasponima LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetski nosač na metalnoj površini
- Sučelja RS485 (Modbus), 4 analogna ulaza, 2 digitalna izlaza, 1 digitalni izlaz
- Zatvoreni spoj kabela sučelja
- Napaja se s 2 AA litijske baterije, solarnim panelima ili napajanjem od 9~36V
- Klasa zaštite IP66
- Rad na temperaturama -40 ~ 75°C
LoRaWAN bazne stanice
Advantech nudi cijeli niz uređaja za postavljanje privatne LoRaWAN mreže. Gateways serija koriste se za povezivanje pretplatničkih uređaja, kao npr и , i prijenos podataka aplikacijskom poslužitelju. Linija uključuje modele koji podržavaju istovremeno povezivanje 100 i 500 pretplatničkih uređaja. Gateway je povezan s internetom putem Etherneta, a dostupne su i verzije s ugrađenim 4G modemom. Podržava MQTT i Modbus protokole za prijenos podataka na aplikacijski poslužitelj.
Технические характеристики
- Podržava sve LoRaWAN opsege
- Istodobno servisiranje 100 ili 500 pretplatničkih uređaja
- Ethernet veza
- Dodatno: ugrađeni LTE modem
- Ugrađeni VPN poslužitelj/klijent
Zaključak
LoRaWAN tehnologija zasluženo privlači veliku pozornost među industrijskim rješenjima, a danas može učinkovito riješiti mnoge poslovne probleme. Ali za većinu kupaca LoRaWAN je još uvijek malo poznata i nerazumljiva tehnologija. Vjerujemo da će u bliskoj budućnosti biti jednako raširen kao klasične mobilne mreže, što će našim korisnicima omogućiti lakšu implementaciju autonomnih rješenja Internet of Things.
Izvor: www.habr.com