A LoRaWAN egy olyan technológia, amely gyorsan egyre népszerűbb a tárgyak internete megoldások terén. Ugyanakkor sok ügyfél számára kevéssé tanulmányozott és egzotikus marad, ezért sok mítosz és tévhit kering körülötte. 2018-ban Oroszország elfogadta a LoRaWAN-frekvenciák használatára vonatkozó jogszabályok módosításait, amelyek kiterjesztik e technológia engedély nélküli felhasználásának lehetőségeit. Úgy gondoljuk, hogy most van a legjobb alkalom arra, hogy elkezdjük használni ezt a technológiát valódi üzleti problémák megoldására.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk a LoRaWAN alapelveit, a saját hálózat kiépítésének és a külső szolgáltatók használatának lehetőségeit, valamint szót ejtünk a LoRaWAN-t támogató termékeinkről.
Mi az a LoRaWAN
A LoRaWAN egy olyan protokollkészlet, amely fizikai és hálózati adatátviteli rétegeket határoz meg a kis fogyasztású, kis fogyasztású, nagy távolságokon működő eszközök számára. A LoRa rövidítés Long Range-et, azaz nagy adatátviteli távolságokat jelent, a WAN (Wide Area Network) pedig azt, hogy a protokoll a hálózati réteget is leírja.
A jól ismert GSM/3G/LTE/WiFi vezeték nélküli kommunikációs szabványoktól eltérően a LoRaWAN-t eredetileg arra tervezték, hogy egyidejűleg nagyszámú kis fogyasztású előfizetői eszközt szolgáljon ki. Ezért a fő hangsúly az interferencia-tűrőképességen, az energiahatékonyságon és a hatótávon van. Ugyanakkor a maximális adatátviteli sebesség csak néhány kilobitre korlátozódik másodpercenként.
A mobilhálózathoz hasonlóan a LoRaWAN is rendelkezik előfizetői eszközökkel és bázisállomásokkal. Az előfizetői készülék és a bázisállomás közötti kommunikációs hatótávolság elérheti a 10 km-t. Ebben az esetben az előfizetői eszközök általában akkumulátorról táplálkoznak, és legtöbbször energiatakarékos üzemmódban vannak, időnként felébredve a szerverrel való rövid távú adatcserére. Például a vízmérők néhány naponta egyszer felébredhetnek, és továbbíthatják az elfogyasztott vízmennyiség aktuális értékét a szervernek, a fennmaradó időben pedig alvó üzemmódban maradhatnak. Ez a megközelítés lehetővé teszi olyan eszközök beszerzését, amelyek akár több évig is működnek anélkül, hogy cserélni kellene az elemeket. A LoRaWAN készülékek feladata, hogy a bázisállomásról a lehető leggyorsabban továbbítsák/fogadják a szükséges adatokat, és felszabadítsák az éterhullámokat a többi eszköz számára, így a hálózatban szigorú szabályok vonatkoznak az éterben eltöltött időre. Az eszközök csak a bázisállomástól kapott visszaigazolást követően továbbítanak adatot, ez lehetővé teszi a szerveroldali rádióhullámok terhelésének szabályozását és az adatcsere munkamenetek egyenletes elosztását az idő függvényében.
A LoRa szabvány leírja a fizikai réteget, a jelmodulációt a 433 MHz, Európában 868 MHz, 915 MHz Ausztrália/Amerika és 923 MHz Ázsia frekvenciatartományaiban. Oroszországban a LoRaWAN a 868 MHz-es sávot használja.
Hogyan működik a LoRaWAN
Mivel a LoRaWAN licenc nélküli tartományban működik, nagyban leegyszerűsíti saját hálózatának kiépítését bázisállomásokkal, ilyenkor nem kell a távközlési szolgáltatóktól függeni. A saját hálózat telepítése mellett használhatja a meglévő szolgáltatók hálózatait is. A LoRaWAN szolgáltatók már világszerte léteznek, és a közelmúltban kezdtek megjelenni Oroszországban, például az üzemeltető a LoRaWAN hálózatához számos városban.
Oroszországban a LoRaWAN általában 866-869 MHz tartományban működik, az egy előfizetői eszköz által elfoglalt maximális csatornaszélesség 125 kHz. Így néz ki a LoRaWAN protokollon keresztüli adatcsere a habra felhasználó Ruslan által rögzített spektrogramon Nadyrshin az SDR segítségével.
Oroszországban 2018 óta olyan törvénymódosításokat fogadtak el, amelyek jelentősen csökkentik a 868 MHz-es frekvenciák használatára vonatkozó korlátozásokat. Részletesen olvashat az oroszországi LoRaWAN frekvenciákat szabályozó új jogszabályi normákról .
Bázisállomás — a LoRaWAN szabványok terminológiájában átjárónak vagy hubnak nevezik. Célját tekintve ez az eszköz hasonló a hagyományos mobil cellás hálózatok bázisállomásaihoz: a végberendezések csatlakoznak hozzá, és követik az utasításait az adatátvitel csatornáinak, teljesítményének és időréseinek kiválasztásához. A bázisállomások egy központi szoftverszerverhez kapcsolódnak, amely hozzáfér a teljes hálózat állapotához, foglalkozik frekvenciatervezéssel stb.
A LoRaWAN bázisállomások általában állandó áramforráshoz csatlakoznak, és stabil internet-hozzáféréssel rendelkeznek. Az Advantech a LoRaWAN sorozatú bázisállomások számos modelljét kínálja 100 és 500 előfizetői készülék kapacitásával, valamint Ethernet és LTE-n keresztüli internet csatlakozás lehetőségével.
Előfizetői eszköz - alacsony fogyasztású kliens eszköz, általában saját tápellátással. Legtöbbször alvó energiatakarékos üzemmódban van. Együttműködik egy távoli alkalmazáskiszolgálóval az adatok átviteléhez/fogadásához. A bázisállomáson és az alkalmazáskiszolgálón történő hitelesítéshez titkosítási kulcsokat tárol. Több bázisállomás lefedettségi területén belül lehet. Szigorúan betartja a bázisállomásról érkezett levegőn történő munkavégzésre vonatkozó szabályokat. Eszközök Advantech moduláris I/O terminálok, különféle analóg és digitális bemeneti/kimeneti interfésszel és RS-485/232 soros interfésszel.
Az ügyfél telepítheti saját LoRaWAN bázisállomásait, vagy használhatja külső szolgáltatók meglévő hálózatait
Nyilvános LoRaWAN hálózat
Ebben az architektúrában az eszközök egy harmadik féltől származó szolgáltató nyilvános hálózatához csatlakoznak. Az ügyfélnek csak előfizetői eszközöket kell vásárolnia, szerződést kell kötnie a szolgáltatóval, és megkapnia a kulcsokat a hálózathoz való hozzáféréshez. Ugyanakkor az ügyfél teljes mértékben függ a szolgáltató lefedettségétől.
Ne feledje, hogy a nyilvános LoRaWAN-hálózatok szigorú korlátozásokat írhatnak elő az eszköz által elfoglalt műsoridőre vonatkozóan, így a gyakoribb adatcserét igénylő alkalmazások esetében előfordulhat, hogy az ilyen hálózatok nem megfelelőek.
Adatküldés előtt a készülék engedélyt kér az átvitelre, és csak ha a bázisállomás visszaigazolással válaszol, akkor megtörténik a csere.
Harmadik féltől származó LoRaWAN hálózat használatakor az ügyfél valaki más bázisállomás infrastruktúráját használja, és a szolgáltató lefedettségétől és adatátviteli korlátozásaitól függ.
Ez a megközelítés kényelmes például az előfizetői eszközök cseréjekor olyan városi területeken, ahol már létezik a szükséges infrastruktúra. Például érzékelők lakóépületekbe történő telepítéséhez és kis mennyiségű továbbított adathoz, elektromos fogyasztásmérőkből vagy vízfogyasztásból származó adatok gyűjtésére. Az ilyen eszközök néhány naponta egyszer tudnak adatokat továbbítani.
Privát LoRaWAN hálózat
Privát hálózat kiépítésekor az ügyfél önállóan telepíti a bázisállomásokat és tervezi a lefedettséget. Ez a megközelítés akkor kényelmes, ha teljes irányításra van szüksége a hálózat felett, vagy olyan helyeken, ahol nincs szolgáltatói lefedettség.
A magánhálózatban az ügyfél teljes mértékben irányítja az infrastruktúrát
Ebben az architektúrában az ügyfél egyszeri beruházást hajt végre a bázisállomások telepítéséhez szükséges berendezésekbe, és többé nem függ a szolgáltatásoktól és a külső szolgáltatóktól. Ez az opció alkalmas hálózat kiépítésére távoli mezőgazdasági telephelyeken, termelő létesítményekben stb. A saját hálózat megkönnyíti a meglévő infrastruktúra méretezését, növeli a lefedettséget, az előfizetői eszközök számát és a továbbított adatmennyiséget.
Előfizetői I/O terminálok
Технические характеристики
- Verziók az összes globális LoRaWAN frekvenciasávhoz
- Kommunikációs tartomány az alappal 5 km-ig
- Bővítő modulok csatlakoztatáshoz perifériás eszközök
- beépített 4000 mAh akkumulátor
- GPS modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Védettség IP65
- USB programozás
Sorozatos készülékek moduláris terminálok különféle perifériás eszközök LoRaWAN hálózathoz történő csatlakoztatásához. Segítségükkel adatokat gyűjthet bármilyen digitális és analóg érzékelőről, például hőmérőkről, nedvességmérőkről, barométerekről, gyorsulásmérőkről stb., és RS-232/485 interfészeken keresztül vezérelhet más eszközöket. Beépített 4000 mA-es akkumulátorral rendelkezik, amely akár hat hónapig képes önállóan működni. Napelemekkel integrálható az akkumulátor töltéséhez. A beépített GPS vevő lehetővé teszi a készülék helyének pontos meghatározását, ami leegyszerűsíti a könyvelést és a telepítést: az eszközök az adatbázisba való előzetes belépés nélkül is felszerelhetők, majd telepítés után a kapott koordináták alapján automatikusan az objektumhoz kapcsolódnak.
A programozás és a konfigurálás normál USB interfészen keresztül történik, és nem igényel további vezérlőket és programozókat, így a helyszínen, laptop segítségével is elvégezhető.
Interfész modulok
Interfészkészlet külső eszközök csatlakoztatásához , alulról csatlakoztatott interfész modulok segítségével valósul meg. Egy terminálhoz egy interfész modul csatlakoztatható. Az ügyfél feladataitól függően ezek lehetnek digitális vagy analóg be-/kimenetek vagy soros interfészek. Az interfészérintkezőket M12-es menetes csatlakozású lezárt csatlakozó védi.
- — 4 analóg bemenet és 4 digitális bemenet
- WISE-S615-A - 6 csatornás RTD (ellenállási hőmérséklet-érzékelő) hőmérőhöz
- WISE-S617-A - 6 digitális bemenet, 2 RS-232/485 soros interfész
Wzzard LRPv2 sorozatú érzékelő
BB sorozatú érzékelők Ezek LoRaWAN előfizetői eszközök, amelyeket zord környezetben történő adatgyűjtésre terveztek, és gyors telepítésre tervezték. Mágneses alappal rendelkeznek, és további rögzítőelemek nélkül biztonságosan rögzíthetők fémfelületekhez, ami lehetővé teszi a sok eszközből álló hálózat gyors telepítését. Az oldalán elhelyezett lezárt interfész csatlakozó külső perifériák és érzékelők csatlakoztatására szolgál.
Технические характеристики
- Működés minden frekvencia tartományban LoRaWAN 868/915/923MHz
- Mágneses rögzítés fém felületre
- Interfészek RS485 (Modbus), 4 analóg bemenet, 2 digitális kimenet, 1 digitális kimenet
- Az interfész kábel tömített csatlakozása
- 2 db AA lítium elemmel, napelemekkel vagy 9-36 V-os tápegységgel működik
- Védettség IP66
- Működés -40 ~ 75°C hőmérsékleten
LoRaWAN bázisállomások
Az Advantech eszközök teljes skáláját kínálja a privát LoRaWAN hálózat telepítéséhez. Gateways sorozat előfizetői eszközök csatlakoztatására szolgálnak, mint pl и és az adatok továbbítása az alkalmazáskiszolgálóra. A vonal olyan modelleket tartalmaz, amelyek támogatják 100 és 500 előfizetői eszköz egyidejű csatlakoztatását. Az átjáró Etherneten keresztül csatlakozik az internethez, beépített 4G modemmel rendelkező változatok is elérhetők. Támogatja az MQTT és Modbus protokollokat az adatátvitelhez az alkalmazásszerverhez.
Технические характеристики
- Támogatja az összes LoRaWAN sávot
- 100 vagy 500 előfizetői készülék egyidejű kiszolgálása
- Ethernet kapcsolat
- Opcionális: beépített LTE modem
- Beépített VPN szerver/kliens
Következtetés
A LoRaWAN technológia méltán kelt nagy figyelmet az ipari megoldások között, és ma már számos üzleti problémát képes hatékonyan megoldani. De a legtöbb vásárló számára a LoRaWAN továbbra is kevéssé ismert és érthetetlen technológia marad. Úgy gondoljuk, hogy a közeljövőben olyan elterjedt lesz, mint a klasszikus mobilhálózatok, ami lehetővé teszi ügyfeleink számára, hogy könnyebben megvalósítsák az autonóm tárgyak internete megoldásait.
Forrás: will.com