איך LoRaWAN עוזר לבנות אינטרנט מודרני של דברים

LoRaWAN היא טכנולוגיה שצוברת פופולריות במהירות בתחום פתרונות האינטרנט של הדברים. יחד עם זאת, עבור לקוחות רבים הוא נותר מעט נלמד ואקזוטי, וזו הסיבה שיש סביבו מיתוסים ותפיסות שגויות רבות. בשנת 2018, רוסיה אימצה תיקונים לחקיקה על השימוש בתדרי LoRaWAN, המרחיבים את אפשרויות השימוש בטכנולוגיה זו ללא רישיון. אנו מאמינים שעכשיו זה הזמן הטוב ביותר להתחיל להשתמש בטכנולוגיה זו כדי לפתור בעיות עסקיות אמיתיות.

במאמר זה נבחן את העקרונות הבסיסיים של LoRaWAN, אפשרויות לבניית רשת משלך ושימוש בספקי צד שלישי, וכן נדבר על המוצרים שלנו התומכים ב-LoRaWAN.

מה זה LoRaWAN

LoRaWAN הוא קבוצה של פרוטוקולים המגדירים שכבות העברת נתונים פיזיות ורשתות עבור התקנים בעלי הספק נמוך ובעלי הספק נמוך הפועלים למרחקים ארוכים. הקיצור LoRa פירושו Long Range, כלומר מרחקי העברת נתונים ארוכים, ו-WAN (Wide Area Network) אומר שהפרוטוקול מתאר גם את שכבת הרשת.

בניגוד לתקני התקשורת האלחוטית GSM/3G/LTE/WiFi הידועים, LoRaWAN תוכנן במקור כדי לשרת בו-זמנית מספר עצום של התקני מנויים בעלי הספק נמוך. לכן, הדגש העיקרי הוא על חסינות מפני הפרעות, יעילות אנרגטית וטווח. יחד עם זאת, קצבי העברת הנתונים המרביים מוגבלים למספר קילו-ביטים לשנייה בלבד.

כמו רשת סלולרית, ל-LoRaWAN יש התקני מנויים ותחנות בסיס. טווח התקשורת בין מכשיר המנוי לתחנת הבסיס יכול להגיע ל-10 ק"מ. במקרה זה, מכשירי מנויים מופעלים בדרך כלל על ידי סוללה ורוב הזמן נמצאים במצב חיסכון באנרגיה, ומתעוררים מדי פעם לצורך חילופי נתונים קצרי טווח עם השרת. לדוגמה, מדי מים יכולים להתעורר אחת לכמה ימים ולשדר את הערך הנוכחי של נפח המים הנצרך לשרת, ולהישאר במצב שינה בשאר הזמן. גישה זו מאפשרת להשיג מכשירים הפועלים עד מספר שנים ללא צורך בהחלפת סוללות. המשימה של מכשירי LoRaWAN היא לשדר/לקבל את הנתונים הדרושים מתחנת הבסיס במהירות האפשרית ולפנות את גלי האתר למכשירים אחרים, כך שלרשת יש כללים נוקשים לגבי הזמן המופעל באוויר. התקנים משדרים נתונים רק לאחר קבלת אישור מתחנת הבסיס, זה מאפשר לך לשלוט בעומס על גלי האתר בצד השרת ולהפיץ באופן שווה את הפעלות החלפת נתונים לאורך זמן.

תקן LoRa מתאר את השכבה הפיזית, אפנון האות בטווחי התדרים 433 מגה-הרץ, 868 מגה-הרץ באירופה, 915 מגה-הרץ אוסטרליה/אמריקה ו-923 מגה-הרץ אסיה. ברוסיה, LoRaWAN משתמש בפס 868 מגה-הרץ.

איך LoRaWAN עובד

מכיוון ש-LoRaWAN פועלת בטווח ללא רישיון, היא מפשטת מאוד את הפריסה של רשת משלה עם תחנות בסיס, ובמקרה זה אין צורך להיות תלוי במפעילי טלקום. בנוסף לפריסת רשת משלך, תוכל להשתמש ברשתות של מפעילים קיימים. ספקי LoRaWAN כבר קיימים בכל העולם ולאחרונה החלו להופיע ברוסיה, למשל המפעיל Er-Telecom כבר מציעה חיבור לרשת LoRaWAN שלך בערים רבות.

ברוסיה, LoRaWAN פועל בדרך כלל בטווח של 866-869 מגה-הרץ, רוחב הערוץ המרבי שתפוס על ידי מכשיר מנוי אחד הוא 125 קילו-הרץ. כך נראה חילופי נתונים באמצעות פרוטוקול LoRaWAN בספקטרוגרמה שתועדה על ידי משתמש הברה רוסלן ElectricFromUfa Nadyrshin בעזרת SDR.

ברוסיה, מאז 2018, אומצו תיקונים לחוקים שמפחיתים משמעותית את ההגבלות על השימוש בתדרי 868 מגה-הרץ. אתה יכול לקרוא בפירוט על הנורמות החקיקתיות החדשות המסדירות את תדרי LoRaWAN ברוסיה במאמר זה.

תחנת בסיס - בטרמינולוגיה של תקני LoRaWAN נקרא שער או רכזת. מבחינת מטרה, מכשיר זה דומה לתחנות בסיס של רשתות סלולריות סלולריות קונבנציונליות: מכשירי קצה מתחברים אליו ועוקבים אחר הוראותיו לבחירת ערוצים, כוח ומשבצות זמן להעברת נתונים. תחנות בסיס מחוברות לשרת תוכנה מרכזי, בעל גישה למצב הרשת כולה, עוסק בתכנון תדרים וכו'.
בדרך כלל, תחנות בסיס LoRaWAN מחוברות לחשמל נייח ובעלות גישה יציבה לאינטרנט. Advantech מציעה מספר דגמים של תחנות בסיס מסדרת LoRaWAN WISE-6610 עם קיבולת של 100 ו-500 מכשירי מנויים, ויכולת להתחבר לאינטרנט באמצעות Ethernet ו-LTE.

מכשיר מנוי - מכשיר לקוח בעל הספק נמוך, בדרך כלל עם הפעלה עצמית. רוב הזמן הוא במצב חיסכון באנרגיה בשינה. מקיים אינטראקציה עם שרת יישומים מרוחק כדי לשדר/לקבל נתונים. מאחסן מפתחות הצפנה לאימות בתחנת הבסיס ובשרת היישומים. עשוי להיות בתחום הכיסוי של מספר תחנות בסיס. מקפיד על כללי עבודה באוויר המתקבל מתחנת הבסיס. מכשירים אדוונטק WISE-4610 הם מסופי I/O מודולריים, עם ממשקי קלט/פלט אנלוגיים ודיגיטליים שונים וממשקי RS-485/232 טוריים.

הלקוח יכול לפרוס תחנות בסיס LoRaWAN משלו או להשתמש ברשתות קיימות של מפעילי צד שלישי

רשת LoRaWAN ציבורית

בארכיטקטורה זו, התקנים מחוברים לרשת ציבורית של מפעיל צד שלישי. הלקוח צריך רק לרכוש מכשירי מנוי ולהתקשר בהסכם עם הספק ולקבל מפתחות לגישה לרשת. יחד עם זאת, הלקוח תלוי לחלוטין בכיסוי המפעיל.
זכור שלרשת LoRaWAN ציבורית עשויות להיות הגבלות קפדניות על זמן האוויר שהמכשיר יכול לתפוס, כך שעבור יישומים הדורשים חילופי נתונים תכופים יותר, ייתכן שרשתות כאלה לא יתאימו.
לפני שליחת הנתונים, המכשיר מבקש אישור לשדר, ורק אם תחנת הבסיס תגיב באישור, ההחלפה תתבצע.

בעת שימוש ברשת LoRaWAN של צד שלישי, הלקוח משתמש בתשתית תחנת הבסיס של מישהו אחר ותלוי בכיסוי הספק ובמגבלות העברת הנתונים שלו

גישה זו נוחה, למשל, בהחלפת מכשירי מנויים באזורים עירוניים בהם כבר קיימת התשתית הדרושה. למשל להתקנת חיישנים בבנייני מגורים ועם כמות קטנה של נתונים מועברים, לאיסוף נתונים ממוני חשמל או צריכת מים. מכשירים כאלה יכולים להעביר נתונים אחת לכמה ימים.

רשת LoRaWAN פרטית

בעת פריסת רשת פרטית, הלקוח מתקין באופן עצמאי תחנות בסיס ומתכנן כיסוי. גישה זו נוחה כאשר אתה זקוק לשליטה מלאה על הרשת, או באתרים שבהם לא קיים כיסוי מפעיל.

ברשת פרטית יש ללקוח שליטה מלאה על התשתית

בארכיטקטורה זו, הלקוח משקיע חד פעמי בציוד לפריסת תחנות בסיס ואינו תלוי עוד בשירותים ובמפעילי צד שלישי. אפשרות זו מתאימה לבניית רשת באתרים חקלאיים מרוחקים, מתקני ייצור וכו'. רשת משלך מקלה על קנה המידה של התשתית הקיימת, הגדלת הכיסוי, מספר מכשירי המנוי ונפח הנתונים המועברים.

מסופי קלט/פלט מנויים WISE-4610

характеристики Технические

• גרסאות לכל רצועות התדרים הגלובליות של LoRaWAN
• טווח תקשורת עם בסיס עד 5 ק"מ
• מודולי הרחבה לחיבור התקנים היקפיים
• מובנה סוללה של 4000mAh
• מודול GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
• הגנת IP65
• תכנות USB

מכשירי סדרה WISE-4610 הינם מסופים מודולריים לחיבור התקנים היקפיים שונים לרשת LoRaWAN. בעזרתם תוכלו לאסוף נתונים מכל חיישנים דיגיטליים ואנלוגיים, כמו מדי חום, מדי לחות, ברומטרים, מדי תאוצה וכו', ולשלוט במכשירים אחרים באמצעות ממשקי RS-232/485. יש לו סוללה מובנית של 4000mA, שיכולה לפעול באופן אוטונומי עד שישה חודשים. משתלב עם פאנלים סולאריים לטעינת הסוללה. מקלט ה-GPS המובנה מאפשר לקבוע במדויק את מיקום המכשיר, מה שמפשט את החשבונאות וההתקנה: ניתן להרכיב מכשירים ללא כניסה תחילה למסד הנתונים ולאחר ההתקנה הם מקושרים אוטומטית לאובייקט על סמך הקואורדינטות שהתקבלו.

התכנות והקונפיגורציה מתבצעים באמצעות ממשק USB רגיל ואינם מצריכים בקרים ומתכנתים נוספים, כך שניתן לבצע זאת באתר באמצעות מחשב נייד.

מודולי ממשק

סט ממשקים לחיבור התקנים חיצוניים אליהם WISE-4610, מיושם באמצעות מודולי ממשק המחוברים מלמטה. לטרמינל אחד WISE-4610 ניתן לחבר מודול ממשק אחד. בהתאם למשימות הלקוח, אלה יכולים להיות כניסות/יציאות דיגיטליות או אנלוגיות, או ממשקים טוריים. מגעי הממשק מוגנים על ידי מחבר אטום עם חיבור הברגה M12.

• WISE-S614-A — 4 כניסות אנלוגיות ו-4 כניסות דיגיטליות
• WISE-S615-A - 6 ערוצים למדחום RTD (גלאי טמפרטורת התנגדות)
• WISE-S617-A - 6 כניסות דיגיטליות, 2 ממשקי RS-232/485 טוריים

חיישן סדרת Wzzard LRPv2

חיישני סדרת BB Wzzard LRPv2 אלו הם התקני מנוי LoRaWAN המיועדים לאיסוף נתונים בסביבות קשות ומיועדים להתקנה מהירה. יש להם בסיס מגנטי וניתן לחבר אותם בצורה מאובטחת למשטחי מתכת ללא מחברים נוספים, מה שמאפשר לך לפרוס במהירות רשת של מכשירים רבים. מחבר הממשק האטום, הממוקם בצד, מיועד לחיבור התקנים היקפיים וחיישנים חיצוניים.

характеристики Технические

• פעולה בכל טווחי התדרים LoRaWAN 868/915/923MHz
• תושבת מגנטית על משטח מתכת
• ממשקים RS485 (Modbus), 4 כניסות אנלוגיות, 2 יציאות דיגיטליות, יציאה דיגיטלית אחת
• חיבור אטום של כבל הממשק
• מופעל על ידי 2 סוללות ליתיום AA, פאנלים סולאריים או ספק כוח 9~36V
• דרגת הגנה IP66
• פעולה בטמפרטורות -40 ~ 75 מעלות צלזיוס

תחנות בסיס LoRaWAN WISE-6610

Advantech מציעה מגוון שלם של מכשירים לפריסת רשת LoRaWAN פרטית. סדרת שערים WISE-6610 משמשים לחיבור התקני מנויים, כגון WISE-4610 и Wzzard LRPv2, והעברת נתונים לשרת היישומים. הקו כולל דגמים התומכים בחיבור בו-זמני של 100 ו-500 מכשירי מנויים. השער מחובר לאינטרנט באמצעות Ethernet; זמינות גם גרסאות עם מודם 4G מובנה. תומך בפרוטוקולי MQTT ו-Modbus להעברת נתונים לשרת היישומים.

характеристики Технические

• תומך בכל להקות LoRaWAN
• שירות סימולטני של 100 או 500 מכשירי מנויים
• חיבור Ethernet
• אופציונלי: מודם LTE מובנה
• שרת/לקוח VPN מובנה

מסקנה

טכנולוגיית LoRaWAN מושכת תשומת לב רבה בקרב פתרונות תעשייתיים, וכיום היא יכולה לפתור ביעילות בעיות עסקיות רבות. אבל עבור רוב הלקוחות, LoRaWAN עדיין נותרה טכנולוגיה מעט ידועה ובלתי מובנת. אנו מאמינים שבעתיד הקרוב היא תהיה נפוצה כמו רשתות סלולריות קלאסיות, מה שיאפשר ללקוחותינו ליישם ביתר קלות את פתרונות האינטרנט של הדברים האוטונומיים.

מקור: www.habr.com