Bagaimana LoRaWAN membantu membina Internet Perkara moden

LoRaWAN ialah teknologi yang cepat mendapat populariti dalam bidang penyelesaian Internet Perkara. Pada masa yang sama, bagi kebanyakan pelanggan ia masih kurang dipelajari dan eksotik, itulah sebabnya terdapat banyak mitos dan salah tanggapan di sekelilingnya. Pada 2018, Rusia menerima pakai pindaan kepada undang-undang mengenai penggunaan frekuensi LoRaWAN, yang memperluaskan kemungkinan menggunakan teknologi ini tanpa lesen. Kami percaya bahawa sekarang adalah masa terbaik untuk mula menggunakan teknologi ini untuk menyelesaikan masalah perniagaan sebenar.

Dalam artikel ini kami akan melihat prinsip asas LoRaWAN, pilihan untuk membina rangkaian anda sendiri dan menggunakan pembekal pihak ketiga, dan juga bercakap tentang produk kami yang menyokong LoRaWAN.

Apa itu LoRaWAN

LoRaWAN ialah satu set protokol yang mentakrifkan lapisan pemindahan data fizikal dan rangkaian untuk peranti berkuasa rendah dan berkuasa rendah yang beroperasi pada jarak jauh. Singkatan LoRa bermaksud Julat Jauh, iaitu, jarak penghantaran data yang panjang, dan WAN (Rangkaian Kawasan Luas) bermaksud bahawa protokol juga menerangkan lapisan rangkaian.

Berbeza dengan piawaian komunikasi wayarles GSM/3G/LTE/WiFi yang terkenal, LoRaWAN pada asalnya direka untuk memberikan perkhidmatan kepada sejumlah besar peranti pelanggan berkuasa rendah secara serentak. Oleh itu, penekanan utama adalah pada imuniti terhadap gangguan, kecekapan tenaga dan julat. Pada masa yang sama, kadar pemindahan data maksimum dihadkan kepada beberapa kilobit sesaat sahaja.

Seperti rangkaian selular, LoRaWAN mempunyai peranti pelanggan dan stesen pangkalan. Julat komunikasi antara peranti pelanggan dan stesen pangkalan boleh mencapai 10 km. Dalam kes ini, peranti pelanggan biasanya dikuasakan sendiri oleh bateri dan kebanyakan masa berada dalam mod penjimatan tenaga, sekali-sekala bangun untuk pertukaran data jangka pendek dengan pelayan. Sebagai contoh, meter air boleh bangun sekali setiap beberapa hari dan menghantar nilai semasa isipadu air yang digunakan ke pelayan, dan kekal dalam mod tidur sepanjang masa. Pendekatan ini memungkinkan untuk mendapatkan peranti yang beroperasi sehingga beberapa tahun tanpa perlu menggantikan bateri. Tugas peranti LoRaWAN adalah untuk menghantar/menerima data yang diperlukan daripada stesen pangkalan secepat mungkin dan membebaskan gelombang udara untuk peranti lain, jadi rangkaian mempunyai peraturan yang ketat untuk masa yang diduduki di udara. Peranti menghantar data hanya selepas menerima pengesahan daripada stesen pangkalan, ini membolehkan anda mengawal beban pada gelombang udara di bahagian pelayan dan mengedarkan sesi pertukaran data secara merata dari semasa ke semasa.

Piawaian LoRa menerangkan lapisan fizikal, modulasi isyarat dalam julat frekuensi 433 MHz, 868 MHz di Eropah, 915 MHz Australia/Amerika dan 923 MHz Asia. Di Rusia, LoRaWAN menggunakan jalur 868 MHz.

Bagaimana LoRaWAN berfungsi

Memandangkan LoRaWAN beroperasi dalam julat tidak berlesen, ia sangat memudahkan penggunaan rangkaiannya sendiri dengan stesen pangkalan, yang mana tidak perlu bergantung kepada pengendali telekom. Selain menggunakan rangkaian anda sendiri, anda boleh menggunakan rangkaian pengendali sedia ada. Penyedia LoRaWAN sudah wujud di seluruh dunia dan baru-baru ini mula muncul di Rusia, contohnya pengendali Er-Telecom sudah pun menawarkan sambungan ke rangkaian LoRaWAN anda di banyak bandar.

Di Rusia, LoRaWAN biasanya beroperasi dalam julat 866-869 MHz, lebar saluran maksimum yang diduduki oleh satu peranti pelanggan ialah 125 kHz. Beginilah rupa pertukaran data melalui protokol LoRaWAN pada spektrogram yang dirakam oleh pengguna habra Ruslan ElectricFromUfa Nadyrshin dengan bantuan SDR.

Di Rusia, sejak 2018, pindaan kepada undang-undang telah diterima pakai yang mengurangkan sekatan ke atas penggunaan frekuensi 868 MHz dengan ketara. Anda boleh membaca secara terperinci tentang norma perundangan baharu yang mengawal selia frekuensi LoRaWAN di Rusia Dalam artikel ini.

Stesen pangkalan — dalam terminologi piawaian LoRaWAN dipanggil pintu masuk atau hab. Dari segi tujuan, peranti ini serupa dengan stesen pangkalan rangkaian selular mudah alih konvensional: peranti akhir menyambung kepadanya dan ikut arahannya untuk memilih saluran, kuasa dan slot masa untuk penghantaran data. Stesen pangkalan disambungkan ke pelayan perisian berpusat, yang mempunyai akses kepada keadaan keseluruhan rangkaian secara keseluruhan, berurusan dengan perancangan frekuensi, dsb.
Biasanya, stesen pangkalan LoRaWAN disambungkan kepada kuasa pegun dan mempunyai akses Internet yang stabil. Advantech menawarkan beberapa model stesen pangkalan siri LoRaWAN BIJAK-6610 dengan kapasiti 100 dan 500 peranti pelanggan, dan keupayaan untuk menyambung ke Internet melalui Ethernet dan LTE.

Peranti pelanggan - peranti pelanggan berkuasa rendah, biasanya dikuasakan sendiri. Selalunya ia berada dalam mod penjimatan tenaga tidur. Berinteraksi dengan pelayan aplikasi jauh untuk menghantar/menerima data. Menyimpan kunci penyulitan untuk pengesahan di stesen pangkalan dan pelayan aplikasi. Mungkin dalam kawasan liputan beberapa stesen pangkalan. Tegas mematuhi peraturan untuk bekerja di udara yang diterima dari stesen pangkalan. Peranti Advantech BIJAK-4610 ialah terminal I/O modular, dengan pelbagai antara muka input/output analog dan digital serta antara muka bersiri RS-485/232.

Pelanggan boleh menggunakan stesen pangkalan LoRaWAN mereka sendiri atau menggunakan rangkaian pengendali pihak ketiga yang sedia ada

Rangkaian LoRaWAN awam

Dalam seni bina ini, peranti disambungkan ke rangkaian awam pengendali pihak ketiga. Pelanggan hanya perlu membeli peranti pelanggan dan membuat perjanjian dengan pembekal dan menerima kunci untuk mengakses rangkaian. Pada masa yang sama, pelanggan bergantung sepenuhnya pada liputan pengendali.
Perlu diingat bahawa rangkaian LoRaWAN awam mungkin mempunyai sekatan ketat pada masa siaran yang boleh diduduki oleh peranti, jadi untuk aplikasi yang memerlukan pertukaran data yang lebih kerap, rangkaian sedemikian mungkin tidak sesuai.
Sebelum menghantar data, peranti meminta kebenaran untuk menghantar, dan hanya jika stesen pangkalan membalas dengan pengesahan, pertukaran akan berlaku.

Apabila menggunakan rangkaian LoRaWAN pihak ketiga, pelanggan menggunakan infrastruktur stesen pangkalan orang lain dan bergantung pada liputan pembekal dan sekatan pemindahan datanya

Pendekatan ini mudah, sebagai contoh, apabila menggantikan peranti pelanggan di kawasan bandar di mana infrastruktur yang diperlukan sudah wujud. Contohnya, untuk memasang penderia di bangunan kediaman dan dengan sedikit data yang dihantar, untuk mengumpul data daripada meter elektrik atau penggunaan air. Peranti sedemikian boleh menghantar data sekali setiap beberapa hari.

Rangkaian LoRaWAN persendirian

Apabila menggunakan rangkaian persendirian, pelanggan secara bebas memasang stesen pangkalan dan merancang liputan. Pendekatan ini mudah apabila anda memerlukan kawalan sepenuhnya ke atas rangkaian, atau di tapak di mana liputan pengendali tidak wujud.

Dalam rangkaian persendirian, pelanggan mempunyai kawalan penuh ke atas infrastruktur

Dalam seni bina ini, pelanggan membuat pelaburan sekali sahaja dalam peralatan untuk menempatkan stesen pangkalan dan tidak lagi bergantung kepada perkhidmatan dan pengendali pihak ketiga. Pilihan ini sesuai untuk membina rangkaian di tapak pertanian terpencil, kemudahan pengeluaran, dsb. Mempunyai rangkaian anda sendiri memudahkan skala infrastruktur sedia ada, meningkatkan liputan, bilangan peranti pelanggan dan jumlah data yang dihantar.

Terminal I/O pelanggan BIJAK-4610

Технические характеристики

• Versi untuk semua jalur frekuensi LoRaWAN global
• Julat komunikasi dengan pangkalan sehingga 5km
• Modul pengembangan untuk sambungan peranti persisian
• Dibina di Bateri 4000mAh
• Modul GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
• Perlindungan IP65
• pengaturcaraan USB

Peranti bersiri BIJAK-4610 adalah terminal modular untuk menyambungkan pelbagai peranti persisian ke rangkaian LoRaWAN. Dengan bantuan mereka, anda boleh mengumpul data daripada mana-mana penderia digital dan analog, seperti termometer, higrometer, barometer, pecutan, dsb., dan mengawal peranti lain melalui antara muka RS-232/485. Ia mempunyai bateri 4000mA terbina dalam, yang boleh beroperasi secara autonomi sehingga enam bulan. Bersepadu dengan panel solar untuk mengecas bateri. Penerima GPS terbina dalam membolehkan anda menentukan dengan tepat lokasi peranti, yang memudahkan perakaunan dan pemasangan: peranti boleh dipasang tanpa terlebih dahulu memasuki pangkalan data, dan selepas pemasangan ia dipautkan secara automatik ke objek berdasarkan koordinat yang diterima.

Pengaturcaraan dan konfigurasi dijalankan melalui antara muka USB biasa dan tidak memerlukan pengawal dan pengaturcara tambahan, jadi ia boleh dilakukan di tapak menggunakan komputer riba.

Modul antara muka

Satu set antara muka untuk menyambungkan peranti luaran ke BIJAK-4610, dilaksanakan menggunakan modul antara muka yang disambungkan dari bawah. Ke satu terminal BIJAK-4610 satu modul antara muka boleh disambungkan. Bergantung pada tugas pelanggan, ini boleh menjadi input/output digital atau analog, atau antara muka bersiri. Kenalan antara muka dilindungi oleh penyambung tertutup dengan sambungan berulir M12.

• BIJAK-S614-A — 4 input analog dan 4 input digital
• WISE-S615-A - 6 saluran untuk termometer RTD (Pengesan Suhu Rintangan)
• WISE-S617-A - 6 input digital, 2 antara muka bersiri RS-232/485

Penderia siri Wzzard LRPv2

Penderia siri BB Wzzard LRPv2 Ini adalah peranti pelanggan LoRaWAN yang direka untuk pengumpulan data dalam persekitaran yang keras dan direka untuk pemasangan pantas. Mereka mempunyai asas magnet dan boleh dipasang dengan selamat pada permukaan logam tanpa pengikat tambahan, yang membolehkan anda menggunakan rangkaian banyak peranti dengan cepat. Penyambung antara muka yang dimeterai, terletak di sisi, direka untuk menyambungkan peranti dan penderia persisian luaran.

Технические характеристики

• Operasi dalam semua julat frekuensi LoRaWAN 868/915/923MHz
• Lekapan magnet pada permukaan logam
• Antara muka RS485 (Modbus), 4 input analog, 2 output digital, 1 output digital
• Sambungan tertutup kabel antara muka
• Dikuasakan oleh 2 bateri litium AA, panel solar atau bekalan kuasa 9~36V
• Kelas perlindungan IP66
• Operasi pada suhu -40 ~ 75°C

stesen pangkalan LoRaWAN BIJAK-6610

Advantech menawarkan rangkaian penuh peranti untuk menggunakan rangkaian LoRaWAN peribadi. Siri Gerbang BIJAK-6610 digunakan untuk menyambungkan peranti pelanggan, seperti BIJAK-4610 и Wzzard LRPv2, dan menghantar data ke pelayan aplikasi. Barisan ini termasuk model yang menyokong sambungan serentak 100 dan 500 peranti pelanggan. Gerbang disambungkan ke Internet melalui Ethernet; versi dengan modem 4G terbina dalam juga tersedia. Menyokong protokol MQTT dan Modbus untuk pemindahan data ke pelayan aplikasi.

Технические характеристики

• Menyokong semua kumpulan LoRaWAN
• Servis serentak untuk 100 atau 500 peranti pelanggan
• Sambungan Ethernet
• Pilihan: modem LTE terbina dalam
• Pelayan/pelanggan VPN terbina dalam

Kesimpulan

Teknologi LoRaWAN sewajarnya menarik banyak perhatian dalam kalangan penyelesaian perindustrian, dan hari ini ia boleh menyelesaikan banyak masalah perniagaan dengan berkesan. Tetapi bagi kebanyakan pelanggan, LoRaWAN masih kekal sebagai teknologi yang kurang dikenali dan tidak dapat difahami. Kami percaya bahawa dalam masa terdekat ia akan meluas seperti rangkaian selular klasik, yang akan membolehkan pelanggan kami melaksanakan penyelesaian Internet Perkara autonomi dengan lebih mudah.

Sumber: www.habr.com