LoRaWAN が最新のモノのインターネットの構築にどのように役立つか

LoRaWAN は、モノのインターネット ソリューションの分野で急速に人気が高まっているテクノロジーです。 同時に、多くのクライアントにとって、それはほとんど研究されておらず、エキゾチックなままであるため、それについて多くの神話や誤解が存在​​します。 2018年、ロシアはLoRaWAN周波数の使用に関する法改正を採択し、この技術をライセンスなしで使用できる可能性を拡大しました。 私たちは、今がこのテクノロジーを使用して実際のビジネス上の問題を解決するのに最適な時期であると信じています。

この記事では、LoRaWAN の基本原理、独自のネットワークを構築するオプション、サードパーティのプロバイダーを使用するオプションについて説明し、LoRaWAN をサポートする当社の製品についても説明します。

LoRaWANとは

LoRaWAN は、長距離で動作する低消費電力デバイス向けの物理データ転送層とネットワーク データ転送層を定義するプロトコルのセットです。 LoRa の略語は Long Range、つまり長いデータ伝送距離を意味し、WAN (ワイド エリア ネットワーク) はネットワーク層も記述するプロトコルであることを意味します。

よく知られている GSM/3G/LTE/WiFi 無線通信規格とは異なり、LoRaWAN は元々、膨大な数の低電力加入者デバイスに同時にサービスを提供するように設計されました。 したがって、主に干渉に対する耐性、エネルギー効率、航続距離に重点が置かれます。 同時に、最大データ転送速度は XNUMX 秒あたり数キロビットに制限されます。

携帯電話ネットワークと同様に、LoRaWAN には加入者デバイスと基地局があります。 加入者デバイスと基地局間の通信範囲は 10 km に達することがあります。 この場合、加入者デバイスは通常、バッテリによって自己給電され、ほとんどの時間は省エネ モードになり、サーバーとの短期間のデータ交換のために時折起動します。 たとえば、水道メーターは数日に一度起動して、水の消費量の現在の値をサーバーに送信し、それ以外の時間はスリープ モードのままにすることができます。 このアプローチにより、電池を交換することなく、最長数年間動作するデバイスを得ることが可能になります。 LoRaWAN デバイスのタスクは、必要なデータを基地局からできるだけ早く送受信し、他のデバイスのために電波を解放することであるため、ネットワークには電波占有時間について厳格なルールがあります。 デバイスは、基地局から確認を受信した後にのみデータを送信します。これにより、サーバー側で放送波の負荷を制御し、データ交換セッションを時間の経過とともに均等に分散することができます。

LoRa 規格では、物理層、周波数範囲 433 MHz、ヨーロッパの 868 MHz、オーストラリア/アメリカの 915 MHz、およびアジアの 923 MHz での信号変調について説明しています。 ロシアでは、LoRaWAN は 868 MHz 帯域を使用します。

LoRaWAN の仕組み

LoRaWAN はライセンスのない範囲で動作するため、基地局を備えた独自のネットワークの展開が大幅に簡素化され、その場合、通信事業者に依存する必要がありません。 独自のネットワークを展開するだけでなく、既存の通信事業者のネットワークを使用することもできます。 LoRaWAN プロバイダーはすでに世界中に存在しており、最近ロシアでも登場し始めています。 Er-Telecom はすでに接続を提供しています 多くの都市の LoRaWAN ネットワークに接続します。

ロシアでは、LoRaWAN は通常 866 ～ 869 MHz の範囲で動作し、125 つの加入者デバイスが占有する最大チャネル幅は XNUMX kHz です。 これは、LoRaWAN プロトコルを介したデータ交換が、habra ユーザー Ruslan によって記録されたスペクトログラムでどのように見えるかです。 電気からウファ SDR の助けを借りてナディルシン。

ロシアでは、2018年以降、868MHz周波数の使用制限を大幅に緩和する法改正が採択されている。 ロシアの LoRaWAN 周波数を規制する新しい法規範について詳しく読むことができます。 この記事で.

基地局 — LoRaWAN 標準の用語では、ゲートウェイまたはハブと呼ばれます。 目的という点では、このデバイスは従来のモバイルセルラーネットワークの基地局に似ています。エンドデバイスはそれに接続し、その指示に従ってデータ送信用のチャネル、電力、およびタイムスロットを選択します。 基地局は集中ソフトウェア サーバーに接続されており、ネットワーク全体の状態にアクセスし、周波数計画などを処理します。
通常、LoRaWAN 基地局は固定電源に接続されており、安定したインターネット アクセスを備えています。 アドバンテックは、LoRaWAN シリーズ基地局のいくつかのモデルを提供しています ワイズ-6610 100 および 500 の加入者デバイスの容量を備え、イーサネットおよび LTE 経由でインターネットに接続する機能を備えています。

加入者デバイス - 低電力クライアント デバイス (通常は自己電源式)。 ほとんどの場合、スリープ省エネモードになっています。 リモート アプリケーション サーバーと通信してデータを送受信します。 ベースステーションとアプリケーションサーバーでの認証用の暗号化キーを保存します。 複数の基地局のカバーエリア内にある可能性があります。 基地局から受信した電波を扱う際の規則を厳守します。 デバイス アドバンテック ワイズ-4610 は、さまざまなアナログおよびデジタル入出力インターフェイスと RS-485/232 シリアル インターフェイスを備えたモジュラー I/O 端末です。

顧客は独自の LoRaWAN 基地局を展開することも、サードパーティ オペレータの既存のネットワークを使用することもできます。

パブリック LoRaWAN ネットワーク

このアーキテクチャでは、デバイスはサードパーティ オペレータのパブリック ネットワークに接続されます。 クライアントは、加入者デバイスを購入し、プロバイダーと契約を結び、ネットワークにアクセスするためのキーを受け取るだけで済みます。 同時に、クライアントは通信事業者の対応範囲に完全に依存しています。
パブリック LoRaWAN ネットワークでは、デバイスが占有できる通信時間に厳しい制限がある場合があるため、より頻繁なデータ交換が必要なアプリケーションには、そのようなネットワークが適さない可能性があることに注意してください。
データを送信する前に、デバイスは送信の許可を要求し、基地局が確認に応答した場合にのみ交換が行われます。

サードパーティの LoRaWAN ネットワークを使用する場合、クライアントは他社の基地局インフラストラクチャを使用し、プロバイダーのサービス範囲とデータ転送制限に依存します。

このアプローチは、たとえば、必要なインフラストラクチャがすでに存在する都市部で加入者デバイスを交換する場合に便利です。 たとえば、住宅の建物にセンサーを設置し、送信されるデータの量が少ない場合や、電力メーターや水の消費量からデータを収集する場合などです。 このようなデバイスは、数日に XNUMX 回データを送信できます。

プライベート LoRaWAN ネットワーク

プライベート ネットワークを展開する場合、顧客は独自に基地局を設置し、カバレッジを計画します。 このアプローチは、ネットワークを完全に制御する必要がある場合、またはオペレーターの対応範囲が存在しないサイトで便利です。

プライベート ネットワークでは、顧客はインフラストラクチャを完全に制御できます。

このアーキテクチャでは、顧客は基地局を展開するための機器に一度だけ投資するだけで、サービスやサードパーティのオペレーターに依存する必要がなくなります。 遠隔地の農業現場や生産施設などでのネットワーク構築に適したオプションです。 独自のネットワークを持つことで、既存のインフラストラクチャの拡張、カバレッジ、加入者デバイスの数、送信データ量の拡大が容易になります。

加入者I/O端子 ワイズ-4610

技術特性

• すべてのグローバル LoRaWAN 周波数帯域のバージョン
• 基地局との通信範囲 5kmまで
• 接続用拡張モジュール 周辺機器
• 内蔵 4000mAhバッテリー
• GPSモジュール (ガリレオ/北斗/GLONASS)
• 保護等級 IP65
• USBプログラミング

シリーズデバイス ワイズ-4610 さまざまな周辺機器を LoRaWAN ネットワークに接続するためのモジュラー端末です。 これらの助けを借りて、温度計、湿度計、気圧計、加速度計などのデジタルおよびアナログ センサーからデータを収集し、RS-232/485 インターフェイス経由で他のデバイスを制御できます。 4000mAのバッテリーを内蔵しており、最長XNUMXか月間自律的に動作できます。 ソーラーパネルと統合してバッテリーを充電します。 内蔵の GPS 受信機を使用すると、デバイスの位置を正確に判断できるため、アカウンティングとインストールが簡素化されます。最初にデータベースに入力しなくてもデバイスをマウントでき、インストール後は受信した座標に基づいてオブジェクトに自動的にリンクされます。

プログラミングと構成は通常の USB インターフェイスを介して実行され、追加のコントローラーやプログラマーを必要としないため、ラップトップを使用して現場で行うことができます。

インターフェースモジュール

外部デバイスを接続するための一連のインターフェイス ワイズ-4610, 下から接続されるインターフェースモジュールを使用して実装されます。 XNUMXつの端末へ ワイズ-4610 インターフェースモジュールは12台接続可能です。 お客様のタスクに応じて、デジタルまたはアナログの入出力、またはシリアル インターフェイスを使用できます。 インターフェース接点は、MXNUMX ネジ接続を備えた密閉型コネクタによって保護されています。

• ワイズ-S614-A — 4 つのアナログ入力と 4 つのデジタル入力
• WISE-S615-A - RTD (測温抵抗体) 温度計用 6 チャンネル
• WISE-S617-A - 6 つのデジタル入力、2 つの RS-232/485 シリアル インターフェイス

Wzzard LRPv2 シリーズセンサー

BBシリーズセンサー ウィザード LRPv2 これらは、過酷な環境でのデータ収集用に設計され、迅速に設置できるように設計された LoRaWAN 加入者デバイスです。 磁気ベースを備えており、追加の留め具なしで金属表面にしっかりと取り付けることができるため、多くのデバイスのネットワークを迅速に展開できます。 側面にある密閉型インターフェイス コネクタは、外部周辺機器やセンサーを接続するために設計されています。

技術特性

• すべての周波数範囲で動作 LoRaWAN 868/915/923MHz
• 金属表面に磁気マウント
• インターフェイス RS485 (Modbus)、アナログ入力 4 つ、デジタル出力 2 つ、デジタル出力 1 つ
• インターフェースケーブルの密閉接続
• 単2形リチウム電池9本、ソーラーパネル、または36~XNUMXV電源で駆動
• 保護等級IP66
• -40～75℃の温度で動作

LoRaWAN基地局 ワイズ-6610

アドバンテックは、プライベート LoRaWAN ネットワークを導入するためのあらゆるデバイスを提供しています。 ゲートウェイシリーズ ワイズ-6610 などの加入者デバイスを接続するために使用されます。 ワイズ-4610 и ウィザード LRPv2、アプリケーションサーバーにデータを送信します。 このラインには、100 および 500 の加入者デバイスの同時接続をサポートするモデルが含まれています。 ゲートウェイはイーサネット経由でインターネットに接続され、4G モデムを内蔵したバージョンも利用可能です。 アプリケーションサーバーへのデータ転送用に MQTT および Modbus プロトコルをサポートします。

技術特性

• すべての LoRaWAN 帯域をサポート
• 100 または 500 の加入者デバイスの同時サービス
• イーサネット接続
• オプション: 内蔵 LTE モデム
• 内蔵VPNサーバー/クライアント

まとめ

LoRaWAN テクノロジーは当然のことながら産業用ソリューションの中で多くの注目を集めており、今日では多くのビジネス上の問題を効果的に解決できます。 しかし、ほとんどの顧客にとって、LoRaWAN は依然としてほとんど知られておらず、理解できないテクノロジーです。 私たちは、近い将来、これが従来のセルラー ネットワークと同じくらい普及し、お客様が自律的なモノのインターネット ソリューションをより簡単に実装できるようになると信じています。

出所： habr.com