LoRaWAN – greitai populiarėjanti technologija daiktų interneto sprendimų srityje. Tuo pačiu metu daugeliui klientų jis lieka mažai ištirtas ir egzotiškas, todėl aplink jį sklando daugybė mitų ir klaidingų nuomonių. 2018 metais Rusija priėmė LoRaWAN dažnių naudojimo teisės aktų pataisas, kurios išplečia galimybes naudoti šią technologiją be licencijos. Manome, kad dabar pats tinkamiausias metas pradėti naudoti šią technologiją sprendžiant tikras verslo problemas.
Šiame straipsnyje apžvelgsime pagrindinius LoRaWAN principus, galimybes kurti savo tinklą ir naudotis trečiųjų šalių tiekėjais, taip pat pakalbėsime apie mūsų produktus, palaikančius LoRaWAN.
Kas yra LoRaWAN
LoRaWAN yra protokolų rinkinys, apibrėžiantis fizinius ir tinklo duomenų perdavimo sluoksnius mažos galios, mažos galios įrenginiams, veikiantiems dideliais atstumais. Santrumpa LoRa reiškia Long Range, tai yra didelius duomenų perdavimo atstumus, o WAN (Wide Area Network) reiškia, kad protokolas taip pat apibūdina tinklo sluoksnį.
Skirtingai nuo gerai žinomų GSM/3G/LTE/WiFi belaidžio ryšio standartų, LoRaWAN iš pradžių buvo sukurtas tam, kad vienu metu aptarnautų daugybę mažos galios abonentinių įrenginių. Todėl pagrindinis dėmesys skiriamas atsparumui trukdžiams, energijos vartojimo efektyvumui ir nuotoliui. Tuo pačiu metu maksimalus duomenų perdavimo greitis ribojamas iki kelių kilobitų per sekundę.
Kaip ir korinis tinklas, LoRaWAN turi abonentinius įrenginius ir bazines stotis. Ryšio diapazonas tarp abonento įrenginio ir bazinės stoties gali siekti 10 km. Tokiu atveju abonentų įrenginiai dažniausiai maitinami iš baterijos ir dažniausiai veikia energijos taupymo režimu, retkarčiais atsibunda trumpam apsikeitimui duomenimis su serveriu. Pavyzdžiui, vandens skaitikliai gali atsibusti kartą per kelias dienas ir perduoti serveriui esamą suvartoto vandens kiekio vertę, o likusį laiką likti miego režimu. Šis metodas leidžia gauti prietaisus, veikiančius iki kelerių metų, nekeičiant baterijų. LoRaWAN įrenginių užduotis – kuo greičiau perduoti/gauti reikiamus duomenis iš bazinės stoties ir atlaisvinti eterį kitiems įrenginiams, todėl tinkle galioja griežtos eteryje užimto laiko taisyklės. Įrenginiai perduoda duomenis tik gavę patvirtinimą iš bazinės stoties, tai leidžia kontroliuoti eterio apkrovą serverio pusėje ir tolygiai paskirstyti duomenų mainų seansus laikui bėgant.
LoRa standartas aprašo fizinį sluoksnį, signalo moduliavimą dažnių diapazonuose 433 MHz, 868 MHz Europoje, 915 MHz Australija/Amerika ir 923 MHz Azija. Rusijoje LoRaWAN naudoja 868 MHz juostą.
Kaip veikia LoRaWAN
Kadangi LoRaWAN veikia nelicencijuotame diapazone, jis labai supaprastina savo tinklo su bazinėmis stotimis diegimą, tokiu atveju nereikia priklausyti nuo telekomunikacijų operatorių. Be savo tinklo diegimo, galite naudoti esamų operatorių tinklus. „LoRaWAN“ teikėjai jau egzistuoja visame pasaulyje ir neseniai pradėjo atsirasti Rusijoje, pavyzdžiui, operatorius prie jūsų LoRaWAN tinklo daugelyje miestų.
Rusijoje LoRaWAN paprastai veikia 866–869 MHz diapazone, didžiausias kanalo plotis, kurį užima vienas abonento įrenginys, yra 125 kHz. Taip atrodo duomenų mainai per LoRaWAN protokolą spektrogramoje, kurią užfiksavo habra vartotojas Ruslanas Nadyršinas su SDR pagalba.
Rusijoje nuo 2018 metų priimtos įstatymų pataisos, kurios gerokai sumažina 868 MHz dažnių naudojimo apribojimus. Išsamiai galite perskaityti apie naujas įstatymų normas, reglamentuojančias LoRaWAN dažnius Rusijoje .
Bazinė stotis — LoRaWAN standartų terminologijoje vadinamas vartais arba šakotuvu. Pagal paskirtį šis įrenginys panašus į įprastų mobiliojo ryšio tinklų bazines stotis: prie jo jungiasi galutiniai įrenginiai ir vadovaujasi jo nurodymais pasirenkant kanalus, galią ir duomenų perdavimo laiko tarpsnius. Bazinės stotys yra prijungtos prie centralizuoto programinės įrangos serverio, kuris turi prieigą prie viso tinklo būsenos, užsiima dažnių planavimu ir kt.
Paprastai LoRaWAN bazinės stotys yra prijungtos prie stacionaraus maitinimo ir turi stabilią interneto prieigą. Advantech siūlo keletą LoRaWAN serijos bazinių stočių modelių su 100 ir 500 abonentų įrenginių talpa ir galimybe prisijungti prie interneto per Ethernet ir LTE.
Abonento įrenginys - mažos galios kliento įrenginys, dažniausiai maitinamas savarankiškai. Didžiąją laiko dalį jis veikia miego energijos taupymo režimu. Sąveika su nuotoliniu taikomųjų programų serveriu, kad perduotų / gautų duomenis. Saugo šifravimo raktus autentifikavimui bazinėje stotyje ir programų serveryje. Gali būti kelių bazinių stočių aprėpties zonoje. Griežtai laikosi darbo eteryje, gaunamame iš bazinės stoties, taisyklių. Prietaisai Advantech yra moduliniai I/O terminalai su įvairiomis analoginėmis ir skaitmeninėmis įvesties/išvesties sąsajomis bei RS-485/232 nuosekliosiomis sąsajomis.
Klientas gali dislokuoti savo LoRaWAN bazines stotis arba naudotis esamais trečiųjų šalių operatorių tinklais
Viešasis LoRaWAN tinklas
Šioje architektūroje įrenginiai yra prijungti prie trečiosios šalies operatoriaus viešojo tinklo. Klientui tereikia įsigyti abonentinius įrenginius ir sudaryti sutartį su teikėju bei gauti prieigos prie tinklo raktus. Tuo pačiu metu klientas yra visiškai priklausomas nuo operatoriaus aprėpties.
Atminkite, kad viešajam LoRaWAN tinklui gali būti taikomi griežti įrenginio transliavimo laiko apribojimai, todėl programoms, kurioms reikalingas dažnesnis keitimasis duomenimis, tokie tinklai gali netikti.
Prieš siųsdamas duomenis, įrenginys prašo leidimo perduoti ir tik bazinei stotelei atsakius patvirtinimu, apsikeitimas įvyks.
Naudodamas trečiosios šalies LoRaWAN tinklą, klientas naudoja kieno nors kito bazinės stoties infrastruktūrą ir priklauso nuo tiekėjo aprėpties ir jo duomenų perdavimo apribojimų.
Toks požiūris patogus, pavyzdžiui, keičiant abonentinius įrenginius miesto vietovėse, kur jau yra reikalinga infrastruktūra. Pavyzdžiui, jutikliams įrengti gyvenamuosiuose pastatuose ir esant nedideliam perduodamų duomenų kiekiui, duomenims iš elektros skaitiklių ar vandens suvartojimo rinkti. Tokie įrenginiai gali perduoti duomenis kartą per kelias dienas.
Privatus LoRaWAN tinklas
Diegdamas privatų tinklą klientas savarankiškai įrengia bazines stotis ir planuoja aprėptį. Šis metodas yra patogus, kai reikia visiškai valdyti tinklą arba vietose, kuriose nėra operatoriaus aprėpties.
Privačiame tinkle klientas visiškai kontroliuoja infrastruktūrą
Šioje architektūroje klientas vienkartinę investiciją į bazinių stočių diegimo įrangą ir nebėra priklausomas nuo paslaugų ir trečiųjų šalių operatorių. Ši parinktis tinka kuriant tinklą atokiose žemės ūkio paskirties vietose, gamybos patalpose ir kt. Turint nuosavą tinklą lengviau išplėsti esamą infrastruktūrą, padidinti aprėptį, abonentinių įrenginių skaičių ir perduodamų duomenų kiekį.
Abonento I/O terminalai
Технические характеристики
- Visų pasaulinių LoRaWAN dažnių juostų versijos
- Ryšio diapazonas su baze iki 5km
- Išplėtimo moduliai prijungimui Išoriniai įrenginiai
- Pastatytas 4000 mAh baterija
- GPS modulis („Galileo“ / „BeiDou“ / GLONASS)
- Apsauga IP65
- USB programavimas
Serijos įrenginiai yra moduliniai terminalai, skirti įvairiems periferiniams įrenginiams prijungti prie LoRaWAN tinklo. Jų pagalba galite rinkti duomenis iš bet kokių skaitmeninių ir analoginių jutiklių, tokių kaip termometrai, higrometrai, barometrai, akselerometrai ir kt., bei valdyti kitus įrenginius per RS-232/485 sąsajas. Jame yra įmontuota 4000 mA baterija, kuri gali veikti autonomiškai iki šešių mėnesių. Integruojamas su saulės baterijomis įkrauti akumuliatorių. Integruotas GPS imtuvas leidžia tiksliai nustatyti įrenginio vietą, o tai supaprastina apskaitą ir montavimą: įrenginius galima montuoti prieš tai neįėjus į duomenų bazę, o sumontavus jie automatiškai susiejami su objektu pagal gautas koordinates.
Programavimas ir konfigūravimas atliekamas per įprastą USB sąsają ir nereikalauja papildomų valdiklių bei programuotojų, todėl tai galima atlikti vietoje naudojant nešiojamąjį kompiuterį.
Sąsajos moduliai
Sąsajų rinkinys išoriniams įrenginiams prijungti , įgyvendinama naudojant sąsajos modulius, kurie yra prijungti iš apačios. Į vieną terminalą galima prijungti vieną sąsajos modulį. Priklausomai nuo kliento užduočių, tai gali būti skaitmeniniai arba analoginiai įėjimai/išėjimai arba nuosekliosios sąsajos. Sąsajos kontaktai yra apsaugoti sandaria jungtimi su M12 sriegine jungtimi.
- - 4 analoginiai įėjimai ir 4 skaitmeniniai įėjimai
- WISE-S615-A – 6 kanalai RTD (atsparumo temperatūros detektoriaus) termometrui
- WISE-S617-A – 6 skaitmeniniai įėjimai, 2 RS-232/485 nuosekliosios sąsajos
Wzzard LRPv2 serijos jutiklis
BB serijos jutikliai Tai LoRaWAN abonentiniai įrenginiai, skirti duomenims rinkti atšiaurioje aplinkoje ir skirti greitam įdiegimui. Jie turi magnetinį pagrindą ir gali būti saugiai pritvirtinami prie metalinių paviršių be papildomų tvirtinimo detalių, o tai leidžia greitai išskleisti daugelio įrenginių tinklą. Šone esanti sandari sąsajos jungtis skirta išoriniams periferiniams įrenginiams ir jutikliams prijungti.
Технические характеристики
- Veikia visuose dažnių diapazonuose LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetinis tvirtinimas ant metalinio paviršiaus
- Sąsajos RS485 (Modbus), 4 analoginiai įėjimai, 2 skaitmeniniai išėjimai, 1 skaitmeninis išėjimas
- Sandari sąsajos kabelio jungtis
- Maitinamas 2 AA ličio baterijomis, saulės baterijomis arba 9–36 V maitinimo šaltiniu
- Apsaugos klasė IP66
- Veikimas -40 ~ 75°C temperatūroje
LoRaWAN bazinės stotys
Advantech siūlo visą asortimentą įrenginių privačiam LoRaWAN tinklui diegti. Vartai serija yra naudojami prijungti abonentinius įrenginius, pvz и ir perduoti duomenis į taikomųjų programų serverį. Linijoje yra modeliai, palaikantys vienu metu 100 ir 500 abonentų įrenginių prijungimą. Vartai yra prijungti prie interneto per eternetą, taip pat galimos versijos su įmontuotu 4G modemu. Palaiko MQTT ir Modbus protokolus duomenims perduoti į taikomųjų programų serverį.
Технические характеристики
- Palaiko visas LoRaWAN juostas
- Vienalaikis 100 arba 500 abonentinių įrenginių aptarnavimas
- Ethernet jungtis
- Pasirenkama: įmontuotas LTE modemas
- Integruotas VPN serveris/klientas
išvada
LoRaWAN technologija pelnytai sulaukia daug dėmesio tarp pramoninių sprendimų ir šiandien gali efektyviai išspręsti daugelį verslo problemų. Tačiau daugumai klientų LoRaWAN vis dar lieka mažai žinoma ir nesuprantama technologija. Manome, kad artimiausiu metu jis bus toks pat paplitęs kaip ir klasikiniai koriniai tinklai, kurie leis mūsų klientams lengviau įgyvendinti autonominius daiktų interneto sprendimus.
Šaltinis: www.habr.com
