🥇LoRaWAN이 현대 사물 인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가

LoRaWAN은 사물 인터넷 솔루션 분야에서 빠르게 인기를 얻고 있는 기술입니다. 하지만 많은 고객에게 아직 제대로 연구되지 않은 생소한 기술로 남아 있어, LoRaWAN에 대한 오해와 근거 없는 믿음이 만연합니다. 2018년 러시아에서는 LoRaWAN 주파수 사용에 관한 법률 개정안이 통과되어 라이선스 없이도 이 기술을 사용할 수 있는 가능성이 확대되었습니다. 저희는 지금이 이 기술을 실제 비즈니스 문제 해결에 활용하기에 가장 좋은 시기라고 생각합니다.

이 글에서는 LoRaWAN의 기본 원칙, 자체 네트워크 구축 옵션, 타사 공급업체 활용 방법을 살펴보고, LoRaWAN을 지원하는 당사 제품에 대해서도 알아보겠습니다.

LoRaWAN이란?

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가 LoRaWAN은 장거리에서 작동하는 저전력, 저전력 장치의 데이터 전송을 위한 물리적 계층과 네트워크 계층을 정의하는 프로토콜 집합입니다. LoRa는 Long Range의 약자로, 긴 데이터 전송 거리를 의미하며, WAN(Wide Area Network)은 이 프로토콜이 네트워크 계층도 포함한다는 것을 의미합니다.

잘 알려진 GSM/3G/LTE/WiFi 무선 통신 표준과 달리, LoRaWAN은 원래 수많은 저전력 가입자 기기를 동시에 서비스하도록 설계되었습니다. 따라서 간섭 방지, 에너지 효율, 그리고 도달 범위에 중점을 둡니다. 동시에 최대 데이터 전송 속도는 초당 수 킬로비트로 제한됩니다.

LoRaWAN은 셀룰러 네트워크와 마찬가지로 가입자 장치와 기지국을 사용합니다. 기지국과 가입자 장치의 통신 거리는 최대 10km까지 가능합니다. 가입자 장치는 일반적으로 배터리에서 자체 전원을 공급받으며 대부분의 시간은 절전 모드로 유지되다가 서버와 단기간 데이터 교환을 위해 간헐적으로 절전 모드에서 깨어납니다. 예를 들어, 수도 계량기는 며칠에 한 번씩 깨어나 현재 사용량을 서버로 전송하고 나머지 시간은 절전 모드로 유지됩니다. 이러한 방식을 통해 배터리 교체 없이 최대 몇 년 동안 작동하는 장치를 얻을 수 있습니다. LoRaWAN 장치의 역할은 기지국에서 필요한 데이터를 최대한 빠르게 송수신하고 다른 장치를 위해 무선 공간을 확보하는 것입니다. 따라서 네트워크는 무선 사용 시간에 대한 엄격한 규칙을 가지고 있습니다. 장치는 기지국으로부터 확인을 받은 후에만 데이터를 전송하므로, 서버의 무선 부하를 제어하고 데이터 교환 세션을 시간별로 균등하게 분배할 수 있습니다.

LoRa 표준은 유럽에서 433MHz, 868MHz, 호주/미국에서 915MHz, 아시아에서 923MHz 주파수 대역의 물리 계층, 신호 변조를 설명합니다. 러시아에서는 LoRaWAN에 868MHz 대역이 사용됩니다.

LoRaWAN 작동 방식

LoRaWAN은 비면허 범위에서 작동하기 때문에 기지국을 이용한 자체 네트워크 구축을 크게 간소화하여 통신 사업자에 의존할 필요가 없습니다. 자체 네트워크를 구축하는 것 외에도 기존 통신 사업자 네트워크를 활용할 수 있습니다. LoRaWAN 제공업체는 이미 전 세계에 존재하며, 최근 러시아에도 등장하기 시작했습니다. 예를 들어, Er-Telecom은 이미 연결을 제공하고 있습니다. 많은 도시의 LoRaWAN 네트워크에 연결되었습니다.

러시아에서 LoRaWAN은 일반적으로 866~869MHz 범위에서 작동하며, 한 가입자 장치가 점유하는 최대 채널 폭은 125kHz입니다. 이는 Habr 사용자 Ruslan이 기록한 스펙트로그램에서 LoRaWAN 프로토콜을 통한 데이터 교환이 어떻게 나타나는지 보여줍니다. 우파에서 온 전기 나디르신은 SDR의 도움을 받았습니다.

2018년부터 러시아에서는 868MHz 주파수 사용 제한을 대폭 완화하는 법률 개정안이 채택되었습니다. 러시아의 LoRaWAN 주파수에 적용되는 새로운 법률 규정에 대해 자세히 알아보세요. 이 기사에서.

기지국 — LoRaWAN 표준 용어로는 게이트웨이 또는 집선기라고 합니다. 이 장치는 기존 이동통신망의 기지국과 유사한 기능을 수행합니다. 단말 장치는 이 장치에 연결하여 데이터 전송을 위한 채널, 전력, 시간 슬롯 선택에 대한 지시를 따릅니다. 기지국은 전체 네트워크 상태에 접근하고 주파수 계획 등을 수행하는 중앙 소프트웨어 서버에 연결됩니다.
일반적으로 LoRaWAN 기지국은 고정 전원 공급 장치에 연결되어 안정적인 인터넷 접속을 제공합니다. Advantech는 LoRaWAN 시리즈의 여러 모델을 제공합니다. 와이즈-6610 100개와 500개의 가입자 장치를 수용할 수 있으며, 이더넷과 LTE를 통해 인터넷에 연결할 수 있습니다.

가입자 장치 — 일반적으로 자율 전원 공급 장치를 갖춘 저전력 클라이언트 장치입니다. 대부분의 경우 절전 모드(절전 모드)에 있습니다. 원격 애플리케이션 서버와 상호 작용하여 데이터를 송수신합니다. 기지국과 애플리케이션 서버에 인증을 위한 암호화 키를 저장합니다. 여러 기지국의 커버리지 영역에 위치할 수 있습니다. 기지국에서 수신한 무선 통신 관련 규칙을 엄격히 준수합니다. 장치 어드밴텍 와이즈-4610 — 다양한 아날로그 및 디지털 입출력 인터페이스와 직렬 RS-485/232 인터페이스를 갖춘 모듈형 I/O 터미널입니다.

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가
고객은 자체 LoRaWAN 기지국을 구축하거나 기존 제3자 운영자 네트워크를 사용할 수 있습니다.

LoRaWAN 공공 네트워크

이 아키텍처에서 기기는 제3자 사업자의 공용 네트워크에 연결됩니다. 고객은 가입자 기기를 구매하고 사업자와 계약을 체결한 후 네트워크 접속 키만 받으면 됩니다. 이 경우, 고객은 전적으로 사업자의 서비스 범위에 의존하게 됩니다.
공용 LoRaWAN 네트워크는 장치가 공중에 머무를 수 있는 시간에 엄격한 제한이 있을 수 있으므로 더 빈번한 데이터 교환이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않을 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
데이터를 보내기 전에 장치는 전송 허가를 요청하고, 기지국이 확인 응답을 하는 경우에만 교환이 이루어집니다.

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타사 LoRaWAN 네트워크를 사용하는 경우, 클라이언트는 다른 사람의 기지국 인프라를 사용하며 공급업체의 적용 범위와 데이터 전송 제한에 따라 달라집니다.

이러한 접근 방식은 예를 들어, 필요한 인프라가 이미 구축된 도시 개발 지역에서 가입자 장치를 교체할 때 편리합니다. 예를 들어, 주거용 건물에 센서를 설치하고 전송되는 데이터량이 적어 전기 계량기나 수도 사용량 데이터를 수집하는 경우, 이러한 장치는 며칠에 한 번씩 데이터를 전송할 수 있습니다.

LoRaWAN 개인 네트워크

사설망을 구축할 경우, 고객은 기지국을 설치하고 독립적으로 커버리지를 계획합니다. 이러한 방식은 네트워크 전체 제어가 필요하거나 운영자 커버리지가 없는 사이트에서 편리합니다.

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가
개인 네트워크에서는 고객이 인프라를 완전히 제어할 수 있습니다.

이 아키텍처에서 고객은 기지국 구축을 위한 장비에 일회성 투자를 하므로 서비스나 타사 사업자에 의존하지 않아도 됩니다. 이 옵션은 원격 농업 시설, 생산 시설 등에 네트워크를 구축하는 데 적합합니다. 사설망을 사용하면 기존 인프라를 확장하고, 커버리지를 늘리고, 가입자 기기 수를 늘리고, 전송되는 데이터 양을 쉽게 늘릴 수 있습니다.

가입자 입출력 단말기 와이즈-4610

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가
명세서

전 세계 모든 LoRaWAN 주파수 대역에 대한 버전
기지와의 통신 범위 최대 5km
연결을 위한 확장 모듈 주변 장치
내장 4000mAh 배터리
GPS 모듈 (갈릴레오/베이더우/글로나스)
IP65 보호
USB 인터페이스를 통한 프로그래밍

시리즈 장치 와이즈-4610 — 다양한 주변 장치를 LoRaWAN 네트워크에 연결하기 위한 모듈형 단말기입니다. 온도계, 습도계, 기압계, 가속도계 등 모든 디지털 및 아날로그 센서의 데이터를 수집하고 RS-232/485 인터페이스를 통해 다른 장치를 제어할 수 있습니다. 4000mA 배터리가 내장되어 있어 최대 XNUMX개월 동안 자체적으로 작동할 수 있습니다. 배터리 충전을 위한 태양광 패널도 내장되어 있습니다. 내장 GPS 수신기를 통해 장치의 위치를 정확하게 파악할 수 있어 계산 및 설치가 간편해집니다. 장치를 데이터베이스에 먼저 입력하지 않고도 장착할 수 있으며, 설치 후에는 수신된 좌표를 기반으로 자동으로 대상에 연결됩니다.

프로그래밍과 구성은 표준 USB 인터페이스를 통해 이루어지며, 추가 컨트롤러와 프로그래머가 필요하지 않으므로 노트북을 사용하여 현장에서 수행할 수 있습니다.

인터페이스 모듈

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가 외부 장치를 연결하기 위한 인터페이스 세트 와이즈-4610는 아래에서 연결되는 인터페이스 모듈을 사용하여 구현됩니다. 하나의 터미널에 와이즈-4610 하나의 인터페이스 모듈을 연결할 수 있습니다. 고객의 요구에 따라 디지털 또는 아날로그 입출력 또는 직렬 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 인터페이스 접점은 M12 나사산 연결 방식의 밀폐형 커넥터로 보호됩니다.

와이즈-S614-A - 4개의 아날로그 입력과 4개의 디지털 입력
WISE-S615-A - RTD(저항 온도 검출기) 온도계용 6채널
WISE-S617-A - 6개의 디지털 입력, 2개의 직렬 인터페이스 RS-232/485

Wzzard LRPv2 시리즈 센서

BB 시리즈 센서 Wzzard LRPv2 이 LoRaWAN 가입자 장치는 혹독한 환경에서도 데이터를 수집하도록 설계되었으며, 빠른 설치가 가능합니다. 자석 베이스를 갖추고 있어 추가 고정 장치 없이 금속 표면에 안전하게 부착할 수 있어 여러 장치로 구성된 네트워크를 빠르게 구축할 수 있습니다. 측면에 있는 밀봉된 인터페이스 커넥터는 외부 주변 장치와 센서를 연결하도록 설계되었습니다.

LoRaWAN이 현대 사물인터넷을 구축하는 데 어떻게 도움이 되는가

명세서

LoRaWAN 868/915/923MHz의 모든 주파수 범위에서 작동합니다.
금속 표면의 자석 마운트
인터페이스 RS485(Modbus), 4개 아날로그 입력, 2개 디지털 출력, 1개 디지털 출력
인터페이스 케이블의 밀봉 연결
AA 리튬 배터리 2개, 태양광 패널 또는 9~36V 전원 공급 장치로 구동됩니다.
보호 등급 IP66
-40 ~ 75°C의 온도에서 작동

LoRaWAN 기지국 와이즈-6610

Advantech는 개인 LoRaWAN 네트워크 구축을 위한 다양한 장치를 제공합니다. 이 시리즈의 게이트웨이는 다음과 같습니다. 와이즈-6610 가입자 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 와이즈-4610 и Wzzard LRPv2애플리케이션 서버로의 데이터 전송을 지원합니다. 이 제품군에는 100개 및 500개 가입자 장치의 동시 연결을 지원하는 모델이 포함됩니다. 게이트웨이는 이더넷을 통해 인터넷에 연결되며, 4G 모뎀이 내장된 버전도 제공됩니다. 애플리케이션 서버로의 데이터 전송을 위해 MQTT 및 Modbus 프로토콜을 지원합니다.