LoRaWAN이 최신 사물 인터넷 구축을 돕는 방법

LoRaWAN은 사물 인터넷 솔루션 분야에서 빠르게 인기를 얻고 있는 기술입니다. 동시에, 많은 고객들에게 그것은 거의 연구되지 않고 이국적인 것으로 남아 있기 때문에 그에 대한 많은 신화와 오해가 있습니다. 2018년에 러시아는 라이센스 없이 이 기술을 사용할 수 있는 가능성을 확대하는 LoRaWAN 주파수 사용에 관한 법률 개정안을 채택했습니다. 우리는 지금이 이 기술을 사용하여 실제 비즈니스 문제를 해결하기 가장 좋은 시기라고 믿습니다.

이 기사에서는 LoRaWAN의 기본 원칙, 자체 네트워크 구축 및 타사 공급자 사용 옵션을 살펴보고 LoRaWAN을 지원하는 제품에 대해서도 설명합니다.

LoRaWAN이란 무엇입니까?

LoRaWAN은 장거리에서 작동하는 저전력, 저전력 장치를 위한 물리적 및 네트워크 데이터 전송 계층을 정의하는 프로토콜 세트입니다. 약어 LoRa는 장거리, 즉 긴 데이터 전송 거리를 의미하고 WAN(Wide Area Network)은 프로토콜이 네트워크 계층도 설명한다는 의미입니다.

잘 알려진 GSM/3G/LTE/WiFi 무선 통신 표준과 달리 LoRaWAN은 원래 수많은 저전력 가입자 장치에 동시에 서비스를 제공하도록 설계되었습니다. 따라서 간섭에 대한 내성, 에너지 효율성 및 범위에 중점을 둡니다. 동시에 최대 데이터 전송 속도는 초당 몇 킬로비트로 제한됩니다.

셀룰러 네트워크와 마찬가지로 LoRaWAN에는 가입자 장치와 기지국이 있습니다. 가입자 장치와 기지국 간의 통신 범위는 10km에 달할 수 있습니다. 이 경우 가입자 장치는 일반적으로 배터리로 자체 전원을 공급받으며 대부분의 시간은 에너지 절약 모드에 있으며 서버와의 단기 데이터 교환을 위해 가끔 깨어납니다. 예를 들어, 수도 계량기는 며칠에 한 번씩 깨어나 물 소비량의 현재 값을 서버에 전송하고 나머지 시간 동안 절전 모드를 유지할 수 있습니다. 이 접근 방식을 사용하면 배터리를 교체할 필요 없이 최대 몇 년 동안 작동하는 장치를 얻을 수 있습니다. LoRaWAN 장치의 임무는 기지국에서 필요한 데이터를 가능한 한 빨리 전송/수신하고 다른 장치의 전파를 확보하는 것이므로 네트워크는 공중에서 차지하는 시간에 대해 엄격한 규칙을 가지고 있습니다. 장치는 기지국으로부터 확인을 받은 후에만 데이터를 전송합니다. 이를 통해 서버 측에서 전파에 대한 부하를 제어하고 시간이 지남에 따라 데이터 교환 세션을 균등하게 분배할 수 있습니다.

LoRa 표준은 물리 계층, 주파수 범위 433MHz, 유럽 868MHz, 호주/미국 915MHz 및 아시아 923MHz의 신호 변조를 설명합니다. 러시아에서는 LoRaWAN이 868MHz 대역을 사용합니다.

LoRaWAN 작동 방식

LoRaWAN은 비면허 범위에서 작동하기 때문에 기지국을 갖춘 자체 네트워크 구축을 크게 단순화하며, 이 경우 통신 사업자에 의존할 필요가 없습니다. 자체 네트워크 구축 외에도 기존 사업자의 네트워크를 활용할 수 있습니다. LoRaWAN 공급자는 이미 전 세계에 존재하며 최근 러시아에 나타나기 시작했습니다. Er-Telecom은 이미 연결을 제공하고 있습니다. 많은 도시의 LoRaWAN 네트워크에 연결됩니다.

러시아에서 LoRaWAN은 일반적으로 866-869MHz 범위에서 작동하며 하나의 가입자 장치가 차지하는 최대 채널 폭은 125kHz입니다. 이것은 Habra 사용자 Ruslan이 기록한 스펙트로그램에서 LoRaWAN 프로토콜을 통한 데이터 교환의 모습입니다. 전기FromUfa SDR의 도움으로 Nadyrshin.

러시아에서는 2018년부터 868MHz 주파수 사용에 대한 제한을 크게 줄이는 법률 개정안이 채택되었습니다. 러시아의 LoRaWAN 주파수를 규제하는 새로운 입법 규범에 대해 자세히 읽을 수 있습니다. 이 기사에서.

기지국 — LoRaWAN 표준 용어로는 게이트웨이 또는 허브라고 합니다. 목적 측면에서 이 장치는 기존 모바일 셀룰러 네트워크의 기지국과 유사합니다. 최종 장치는 이 장치에 연결하고 데이터 전송을 위한 채널, 전력 및 시간 슬롯을 선택하기 위한 지침을 따릅니다. 기지국은 전체 네트워크 상태에 액세스하고 주파수 계획 등을 처리하는 중앙 집중식 소프트웨어 서버에 연결됩니다.
일반적으로 LoRaWAN 기지국은 고정 전원에 연결되어 있으며 안정적인 인터넷 액세스가 가능합니다. 어드밴텍은 다양한 LoRaWAN 시리즈 기지국 모델을 제공합니다. 와이즈-6610 100명 및 500명의 가입자 장치를 수용할 수 있으며 이더넷 및 LTE를 통해 인터넷에 연결할 수 있습니다.

가입자 장치 - 일반적으로 자체 전원이 공급되는 저전력 클라이언트 장치입니다. 대부분의 경우 수면 에너지 절약 모드입니다. 원격 애플리케이션 서버와 상호 작용하여 데이터를 전송/수신합니다. 기지국 및 애플리케이션 서버에서 인증을 위한 암호화 키를 저장합니다. 여러 기지국의 적용 범위 내에 있을 수 있습니다. 기지국으로부터 수신된 무선 작업에 대한 규칙을 엄격히 준수합니다. 장치 어드밴텍 와이즈-4610 다양한 아날로그 및 디지털 입출력 인터페이스와 RS-485/232 직렬 인터페이스를 갖춘 모듈형 I/O 터미널입니다.

고객은 자체 LoRaWAN 기지국을 구축하거나 타사 사업자의 기존 네트워크를 사용할 수 있습니다.

공용 LoRaWAN 네트워크

이 아키텍처에서는 장치가 타사 운영자의 공용 네트워크에 연결됩니다. 클라이언트는 가입자 장치를 구매하고 공급자와 계약을 체결하고 네트워크에 액세스하기 위한 키를 받기만 하면 됩니다. 동시에 클라이언트는 운영자의 서비스 범위에 전적으로 의존합니다.
공용 LoRaWAN 네트워크는 장치가 점유할 수 있는 전파 시간에 대해 엄격한 제한이 있을 수 있으므로 더 빈번한 데이터 교환이 필요한 애플리케이션의 경우 이러한 네트워크는 적합하지 않을 수 있습니다.
데이터를 전송하기 전에 기기는 전송 허가를 요청하고, 기지국이 확인 응답을 해야 교환이 이루어집니다.

타사 LoRaWAN 네트워크를 사용하는 경우 클라이언트는 다른 사람의 기지국 인프라를 사용하며 공급자의 적용 범위 및 데이터 전송 제한 사항에 따라 달라집니다.

예를 들어, 필요한 인프라가 이미 존재하는 도시 지역에서 가입자 장치를 교체할 때 이 접근 방식이 편리합니다. 예를 들어 주거용 건물에 센서를 설치하고 소량의 데이터를 전송하는 경우, 전기 계량기 또는 물 소비량에서 데이터를 수집하는 경우입니다. 이러한 장치는 며칠에 한 번씩 데이터를 전송할 수 있습니다.

개인 LoRaWAN 네트워크

사설망 구축 시 고객은 기지국을 독립적으로 설치하고 커버리지를 계획합니다. 이 접근 방식은 네트워크에 대한 완전한 제어가 필요할 때나 운영자 범위가 존재하지 않는 사이트에서 편리합니다.

프라이빗 네트워크에서는 고객이 인프라를 완벽하게 제어할 수 있습니다.

이 아키텍처에서 고객은 기지국 배포를 위한 장비에 일회성 투자를 하며 더 이상 서비스 및 타사 운영자에 의존하지 않습니다. 이 옵션은 원격 농업 현장, 생산 시설 등의 네트워크 구축에 적합합니다. 자체 네트워크를 보유하면 기존 인프라를 더 쉽게 확장하고, 적용 범위를 늘리고, 가입자 장치 수와 전송되는 데이터 양을 늘릴 수 있습니다.

가입자 I/O 터미널 와이즈-4610

명세서

• 모든 글로벌 LoRaWAN 주파수 대역용 버전
• 베이스와의 통신 범위 최대 5km
• 연결용 확장 모듈 주변기기
• 내장 4000mAh 배터리
• GPS 모듈 (갈릴레오/BeiDou/GLONASS)
• 보호 IP65
• USB 프로그래밍

시리즈 장치 와이즈-4610 다양한 주변 장치를 LoRaWAN 네트워크에 연결하기 위한 모듈형 터미널입니다. 이들의 도움으로 온도계, 습도계, 기압계, 가속도계 등과 같은 디지털 및 아날로그 센서로부터 데이터를 수집하고 RS-232/485 인터페이스를 통해 기타 장치를 제어할 수 있습니다. 4000mA 배터리가 내장돼 있어 최대 XNUMX개월 동안 자율적으로 작동할 수 있다. 태양광 패널과 통합되어 배터리를 충전합니다. 내장된 GPS 수신기를 사용하면 장치의 위치를 ​​정확하게 확인할 수 있어 회계 및 설치가 간단해집니다. 장치는 데이터베이스에 먼저 들어가지 않고도 장착할 수 있으며, 설치 후에는 수신된 좌표를 기반으로 개체에 자동으로 연결됩니다.

프로그래밍 및 구성은 일반 USB 인터페이스를 통해 수행되며 추가 컨트롤러 및 프로그래머가 필요하지 않으므로 현장에서 노트북을 사용하여 수행할 수 있습니다.

인터페이스 모듈

외부 장치를 연결하기 위한 인터페이스 세트 와이즈-4610는 아래에서 연결된 인터페이스 모듈을 사용하여 구현됩니다. 한 터미널로 와이즈-4610 하나의 인터페이스 모듈을 연결할 수 있습니다. 고객의 작업에 따라 디지털 또는 아날로그 입력/출력 또는 직렬 인터페이스가 될 수 있습니다. 인터페이스 접점은 M12 스레드 연결이 있는 밀봉된 커넥터로 보호됩니다.

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

Wzzard LRPv2 시리즈 센서

BB 시리즈 센서 위저드 LRPv2 이는 열악한 환경에서 데이터 수집을 위해 설계되고 빠른 설치를 위해 설계된 LoRaWAN 가입자 장치입니다. 자석 베이스가 있어 추가 패스너 없이 금속 표면에 안전하게 부착할 수 있으므로 많은 장치의 네트워크를 신속하게 배포할 수 있습니다. 측면에 위치한 밀폐형 인터페이스 커넥터는 외부 주변 장치 및 센서를 연결하도록 설계되었습니다.

명세서

• 모든 주파수 범위에서 작동 LoRaWAN 868/915/923MHz
• 금속 표면에 자석 마운트
• 인터페이스 RS485(Modbus), 아날로그 입력 4개, 디지털 출력 2개, 디지털 출력 1개
• 인터페이스 케이블의 밀봉된 연결
• 2개의 AA 리튬 배터리, 태양광 패널 또는 9~36V 전원 공급 장치로 전원 공급
• 보호 등급 IP66
• -40 ~ 75°C 온도에서 작동

LoRaWAN 기지국 와이즈-6610

어드밴텍은 개인 LoRaWAN 네트워크 구축을 위한 다양한 장치를 제공합니다. 게이트웨이 시리즈 와이즈-6610 다음과 같은 가입자 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 와이즈-4610 и 위저드 LRPv2, 데이터를 애플리케이션 서버로 전송합니다. 이 라인에는 100개 및 500개 가입자 장치의 동시 연결을 지원하는 모델이 포함되어 있습니다. 게이트웨이는 이더넷을 통해 인터넷에 연결되며, 4G 모뎀이 내장된 버전도 사용할 수 있습니다. 애플리케이션 서버로의 데이터 전송을 위해 MQTT 및 Modbus 프로토콜을 지원합니다.

명세서

• 모든 LoRaWAN 대역 지원
• 100~500명의 가입자 장치에 대한 동시 서비스 제공
• 이더넷 연결
• 옵션: 내장 LTE 모뎀
• 내장 VPN 서버/클라이언트

결론

LoRaWAN 기술은 산업 솔루션 중에서 당연히 많은 주목을 받고 있으며 오늘날 많은 비즈니스 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 그러나 대부분의 고객에게 LoRaWAN은 여전히 ​​잘 알려지지 않고 이해하기 어려운 기술로 남아 있습니다. 우리는 가까운 미래에 이것이 전통적인 셀룰러 네트워크만큼 널리 보급되어 고객이 자율 사물 인터넷 솔루션을 보다 쉽게 ​​구현할 수 있을 것이라고 믿습니다.

출처 : habr.com