Bagaimana LoRaWAN membantu membangun Internet of Things modern

LoRaWAN adalah teknologi yang dengan cepat mendapatkan popularitas di bidang solusi Internet of Things. Pada saat yang sama, bagi banyak klien, hal ini masih sedikit dipelajari dan eksotik, itulah sebabnya ada banyak mitos dan kesalahpahaman di sekitarnya. Pada tahun 2018, Rusia mengadopsi amandemen undang-undang tentang penggunaan frekuensi LoRaWAN, yang memperluas kemungkinan penggunaan teknologi ini tanpa lisensi. Kami percaya bahwa sekarang adalah waktu terbaik untuk mulai menggunakan teknologi ini untuk memecahkan masalah bisnis yang nyata.

Pada artikel ini kita akan melihat prinsip dasar LoRaWAN, opsi untuk membangun jaringan Anda sendiri dan menggunakan penyedia pihak ketiga, dan juga berbicara tentang produk kami yang mendukung LoRaWAN.

Apa itu LoRaWAN

LoRaWAN adalah seperangkat protokol yang menentukan lapisan transfer data fisik dan jaringan untuk perangkat berdaya rendah dan berdaya rendah yang beroperasi dalam jarak jauh. Singkatan LoRa artinya Long Range yaitu jarak transmisi data yang jauh, dan WAN (Wide Area Network) artinya protokol juga menggambarkan lapisan jaringan.

Berbeda dengan standar komunikasi nirkabel GSM/3G/LTE/WiFi yang terkenal, LoRaWAN pada awalnya dirancang untuk melayani sejumlah besar perangkat pelanggan berdaya rendah secara bersamaan. Oleh karena itu, penekanan utamanya adalah pada kekebalan terhadap gangguan, efisiensi energi, dan jangkauan. Pada saat yang sama, kecepatan transfer data maksimum dibatasi hanya beberapa kilobit per detik.

Seperti jaringan seluler, LoRaWAN memiliki perangkat pelanggan dan stasiun pangkalan. Jangkauan komunikasi antara perangkat pelanggan dan stasiun pangkalan bisa mencapai 10 km. Dalam hal ini, perangkat pelanggan biasanya diberi daya sendiri oleh baterai dan sebagian besar waktunya berada dalam mode hemat energi, kadang-kadang terbangun untuk pertukaran data jangka pendek dengan server. Misalnya, pengukur air dapat aktif setiap beberapa hari sekali dan mengirimkan nilai volume air yang dikonsumsi saat ini ke server, dan tetap dalam mode tidur sepanjang waktu. Pendekatan ini memungkinkan diperolehnya perangkat yang beroperasi hingga beberapa tahun tanpa perlu mengganti baterai. Tugas perangkat LoRaWAN adalah mengirimkan/menerima data yang diperlukan dari stasiun pangkalan secepat mungkin dan membebaskan gelombang udara untuk perangkat lain, sehingga jaringan memiliki aturan ketat untuk waktu yang digunakan di udara. Perangkat mengirimkan data hanya setelah menerima konfirmasi dari stasiun pangkalan, ini memungkinkan Anda untuk mengontrol beban gelombang udara di sisi server dan mendistribusikan sesi pertukaran data secara merata dari waktu ke waktu.

Standar LoRa menjelaskan lapisan fisik, modulasi sinyal pada rentang frekuensi 433 MHz, 868 MHz di Eropa, 915 MHz Australia/Amerika, dan 923 MHz Asia. Di Rusia, LoRaWAN menggunakan pita 868 MHz.

Bagaimana LoRaWAN bekerja

Karena LoRaWAN beroperasi dalam jangkauan yang tidak berlisensi, LoRaWAN sangat menyederhanakan penerapan jaringannya sendiri dengan stasiun pangkalan, sehingga tidak perlu bergantung pada operator telekomunikasi. Selain menggunakan jaringan Anda sendiri, Anda dapat menggunakan jaringan operator yang ada. Penyedia LoRaWAN sudah ada di seluruh dunia dan belakangan ini mulai bermunculan di Rusia, misalnya operator Er-Telecom sudah menawarkan koneksi ke jaringan LoRaWAN Anda di banyak kota.

Di Rusia, LoRaWAN biasanya beroperasi pada rentang 866-869 MHz, lebar saluran maksimum yang ditempati oleh satu perangkat pelanggan adalah 125 kHz. Seperti inilah pertukaran data melalui protokol LoRaWAN pada spektogram yang direkam oleh pengguna habra Ruslan ListrikDariUfa Nadyrshin dengan bantuan SDR.

Di Rusia, sejak 2018, amandemen undang-undang telah diadopsi yang secara signifikan mengurangi pembatasan penggunaan frekuensi 868 MHz. Anda dapat membaca secara detail tentang norma legislatif baru yang mengatur frekuensi LoRaWAN di Rusia dalam artikel ini.

Stasiun pangkalan — dalam terminologi standar LoRaWAN disebut gateway atau hub. Dalam hal tujuannya, perangkat ini mirip dengan stasiun pangkalan jaringan seluler seluler konvensional: perangkat akhir terhubung dengannya dan mengikuti instruksinya untuk memilih saluran, daya, dan slot waktu untuk transmisi data. Stasiun pangkalan terhubung ke server perangkat lunak terpusat, yang memiliki akses ke status seluruh jaringan secara keseluruhan, menangani perencanaan frekuensi, dll.
Biasanya, BTS LoRaWAN terhubung ke daya stasioner dan memiliki akses Internet yang stabil. Advantech menawarkan beberapa model base station seri LoRaWAN BIJAK-6610 dengan kapasitas 100 dan 500 perangkat pelanggan, serta kemampuan terhubung ke Internet melalui Ethernet dan LTE.

Perangkat pelanggan - perangkat klien berdaya rendah, biasanya berdaya sendiri. Seringkali dalam mode tidur hemat energi. Berinteraksi dengan server aplikasi jarak jauh untuk mengirim/menerima data. Menyimpan kunci enkripsi untuk otentikasi di stasiun pangkalan dan server aplikasi. Mungkin berada dalam jangkauan beberapa BTS. Mematuhi secara ketat aturan untuk mengerjakan udara yang diterima dari stasiun pangkalan. Perangkat Advantech BIJAK-4610 adalah terminal I/O modular, dengan berbagai antarmuka input/output analog dan digital serta antarmuka serial RS-485/232.

Pelanggan dapat menyebarkan BTS LoRaWAN mereka sendiri atau menggunakan jaringan operator pihak ketiga yang ada

Jaringan LoRaWAN publik

Dalam arsitektur ini, perangkat terhubung ke jaringan publik operator pihak ketiga. Klien hanya perlu membeli perangkat pelanggan dan membuat perjanjian dengan penyedia dan menerima kunci untuk mengakses jaringan. Pada saat yang sama, klien sepenuhnya bergantung pada jangkauan operator.
Perlu diingat bahwa jaringan LoRaWAN publik mungkin memiliki batasan ketat pada waktu tayang yang dapat digunakan perangkat, jadi untuk aplikasi yang memerlukan pertukaran data lebih sering, jaringan tersebut mungkin tidak cocok.
Sebelum mengirim data, perangkat meminta izin untuk mengirimkan, dan hanya jika stasiun pangkalan merespons dengan konfirmasi, pertukaran akan terjadi.

Saat menggunakan jaringan LoRaWAN pihak ketiga, klien menggunakan infrastruktur stasiun induk orang lain dan bergantung pada jangkauan penyedia dan batasan transfer datanya

Pendekatan ini berguna, misalnya, ketika mengganti perangkat pelanggan di daerah perkotaan dimana infrastruktur yang diperlukan sudah tersedia. Misalnya, untuk memasang sensor di bangunan tempat tinggal dan dengan jumlah data yang dikirimkan sedikit, untuk mengumpulkan data dari meteran listrik atau konsumsi air. Perangkat tersebut dapat mengirimkan data setiap beberapa hari sekali.

Jaringan LoRaWAN pribadi

Saat menyebarkan jaringan pribadi, pelanggan secara mandiri memasang stasiun pangkalan dan merencanakan jangkauan. Pendekatan ini berguna ketika Anda memerlukan kontrol penuh atas jaringan, atau di lokasi di mana jangkauan operator tidak tersedia.

Dalam jaringan pribadi, pelanggan memiliki kendali penuh atas infrastruktur

Dalam arsitektur ini, pelanggan melakukan investasi satu kali pada peralatan untuk penggelaran BTS dan tidak lagi bergantung pada layanan dan operator pihak ketiga. Opsi ini cocok untuk membangun jaringan di lokasi pertanian terpencil, fasilitas produksi, dll. Memiliki jaringan sendiri memudahkan penskalaan infrastruktur yang ada, meningkatkan jangkauan, jumlah perangkat pelanggan, dan volume data yang dikirimkan.

Terminal I/O Pelanggan BIJAK-4610

Технические характеристики

• Versi untuk semua pita frekuensi LoRaWAN global
• Jangkauan komunikasi dengan pangkalan hingga 5km
• Modul ekspansi untuk koneksi perangkat periferal
• Dibangun Baterai 4000mAh
• Modul GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
• Perlindungan IP65
• Pemrograman USB

Perangkat seri BIJAK-4610 adalah terminal modular untuk menghubungkan berbagai perangkat periferal ke jaringan LoRaWAN. Dengan bantuan mereka, Anda dapat mengumpulkan data dari sensor digital dan analog apa pun, seperti termometer, higrometer, barometer, akselerometer, dll., dan mengontrol perangkat lain melalui antarmuka RS-232/485. Ia memiliki baterai internal 4000mA, yang dapat beroperasi secara mandiri hingga enam bulan. Terintegrasi dengan panel surya untuk mengisi daya baterai. Penerima GPS internal memungkinkan Anda menentukan lokasi perangkat secara akurat, yang menyederhanakan penghitungan dan pemasangan: perangkat dapat dipasang tanpa terlebih dahulu memasukkan database, dan setelah instalasi, perangkat tersebut secara otomatis ditautkan ke objek berdasarkan koordinat yang diterima.

Pemrograman dan konfigurasi dilakukan melalui antarmuka USB biasa dan tidak memerlukan pengontrol dan pemrogram tambahan, sehingga dapat dilakukan di lokasi menggunakan laptop.

Modul antarmuka

Seperangkat antarmuka untuk menghubungkan perangkat eksternal BIJAK-4610, diimplementasikan menggunakan modul antarmuka yang terhubung dari bawah. Ke satu terminal BIJAK-4610 satu modul antarmuka dapat dihubungkan. Tergantung pada tugas pelanggan, ini dapat berupa input/output digital atau analog, atau antarmuka serial. Kontak antarmuka dilindungi oleh konektor tertutup dengan sambungan berulir M12.

• BIJAKSANA-S614-A — 4 input analog dan 4 input digital
• WISE-S615-A - 6 saluran untuk termometer RTD (Resistance Temperature Detector).
• WISE-S617-A - 6 input digital, 2 antarmuka serial RS-232/485

Sensor seri Wzzard LRPv2

Sensor seri BB Wzzard LRPv2 Ini adalah perangkat pelanggan LoRaWAN yang dirancang untuk pengumpulan data di lingkungan yang keras dan dirancang untuk instalasi cepat. Mereka memiliki dasar magnetis dan dapat dipasang dengan aman ke permukaan logam tanpa pengencang tambahan, yang memungkinkan Anda menyebarkan jaringan banyak perangkat dengan cepat. Konektor antarmuka tertutup, yang terletak di samping, dirancang untuk menghubungkan perangkat periferal dan sensor eksternal.

Технические характеристики

• Pengoperasian di semua rentang frekuensi LoRaWAN 868/915/923MHz
• Pemasangan magnetis pada permukaan logam
• Antarmuka RS485 (Modbus), 4 input analog, 2 output digital, 1 output digital
• Koneksi tertutup dari kabel antarmuka
• Didukung oleh 2 baterai litium AA, panel surya, atau catu daya 9~36V
• Kelas perlindungan IP66
• Pengoperasian pada suhu -40 ~ 75°C

Stasiun pangkalan LoRaWAN BIJAK-6610

Advantech menawarkan berbagai perangkat untuk menerapkan jaringan LoRaWAN pribadi. Seri gateway BIJAK-6610 digunakan untuk menghubungkan perangkat pelanggan, seperti BIJAK-4610 и Wzzard LRPv2, dan mengirimkan data ke server aplikasi. Jalur ini mencakup model yang mendukung koneksi simultan 100 dan 500 perangkat pelanggan. Gateway terhubung ke Internet melalui Ethernet; versi dengan modem 4G internal juga tersedia. Mendukung protokol MQTT dan Modbus untuk transfer data ke server aplikasi.

Технические характеристики

• Mendukung semua band LoRaWAN
• Pelayanan simultan terhadap 100 atau 500 perangkat pelanggan
• Koneksi Ethernet
• Opsional: modem LTE bawaan
• Server/klien VPN bawaan

Kesimpulan

Teknologi LoRaWAN pantas menarik banyak perhatian di kalangan solusi industri, dan saat ini teknologi tersebut dapat secara efektif menyelesaikan banyak masalah bisnis. Namun bagi sebagian besar pelanggan, LoRaWAN masih merupakan teknologi yang kurang dikenal dan tidak dapat dipahami. Kami percaya bahwa dalam waktu dekat ini akan meluas seperti jaringan seluler klasik, yang akan memungkinkan pelanggan kami untuk lebih mudah mengimplementasikan solusi Internet of Things yang otonom.

Sumber: www.habr.com