LoRaWAN is een technologie die snel aan populariteit wint binnen het Internet of Things (IoT)-oplossingen. Tegelijkertijd is het voor veel klanten nog weinig bestudeerd en exotisch, waardoor er veel mythes en misvattingen over bestaan. In 2018 werden in Rusland wetswijzigingen doorgevoerd in het gebruik van LoRaWAN-frequenties, waardoor de mogelijkheden voor licentievrij gebruik van deze technologie worden uitgebreid. Wij zijn van mening dat dit het beste moment is om deze technologie te gebruiken voor het oplossen van echte zakelijke problemen.
In dit artikel bespreken we de basisprincipes van LoRaWAN en de mogelijkheden voor het opzetten van uw eigen netwerk en het inschakelen van externe providers. Daarnaast bespreken we onze producten die LoRaWAN ondersteunen.
Wat is LoRaWAN
LoRaWAN is een reeks protocollen die de fysieke en netwerklaag definiëren voor gegevensoverdracht voor apparaten met een laag stroomverbruik die over lange afstanden werken. De afkorting LoRa staat voor Long Range, oftewel lange datatransmissieafstanden, en WAN (Wide Area Network) betekent dat het protocol ook de netwerklaag beschrijft.
In tegenstelling tot de bekende draadloze communicatiestandaarden GSM/3G/LTE/WiFi, was LoRaWAN oorspronkelijk ontworpen om gelijktijdig een groot aantal apparaten met een laag stroomverbruik te bedienen. Daarom ligt de nadruk op bescherming tegen interferentie, energie-efficiëntie en bereik. Tegelijkertijd zijn de maximale gegevensoverdrachtssnelheden beperkt tot slechts enkele kilobits per seconde.
Net als een mobiel netwerk heeft LoRaWAN abonneeapparaten en basisstations. Het communicatiebereik van een abonneeapparaat met een basisstation kan oplopen tot 10 km. Tegelijkertijd beschikken abonneeapparaten meestal over een autonome stroomvoorziening via een accu en staan ze het grootste deel van de tijd in de energiebesparende modus, waarbij ze af en toe worden geactiveerd voor korte gegevensuitwisseling met de server. Watermeters kunnen bijvoorbeeld eens in de paar dagen activeren en de actuele waarde van het verbruikte watervolume naar de server sturen, terwijl ze de rest van de tijd in de slaapstand staan. Deze aanpak stelt u in staat om apparaten te krijgen die tot wel enkele jaren werken zonder de batterijen te hoeven vervangen. De taak van LoRaWAN-apparaten is om de benodigde gegevens zo snel mogelijk van het basisstation te verzenden/ontvangen en de lucht vrij te maken voor andere apparaten. Daarom hanteert het netwerk strikte regels voor de tijd die in de lucht is. Apparaten verzenden pas gegevens na ontvangst van een bevestiging van het basisstation. Dit stelt u in staat om de belasting van de lucht vanaf de server te beheersen en de gegevensuitwisseling gelijkmatig over de tijd te verdelen.
De LoRa-standaard beschrijft de fysieke laag, signaalmodulatie in de frequentiebereiken 433 MHz, 868 MHz in Europa, 915 MHz in Australië/Amerika en 923 MHz in Azië. In Rusland wordt het 868 MHz-bereik gebruikt voor LoRaWAN.
Hoe LoRaWAN werkt
Omdat LoRaWAN binnen een licentievrij bereik werkt, vereenvoudigt het de implementatie van uw eigen netwerk met basisstations aanzienlijk. U bent dan niet afhankelijk van telecomoperators. Naast het implementeren van uw eigen netwerk kunt u gebruikmaken van de netwerken van bestaande operators. LoRaWAN-providers bestaan al over de hele wereld en zijn recentelijk ook in Rusland verschenen, bijvoorbeeld de operator aan zijn LoRaWAN-netwerk in veel steden.
In Rusland werkt LoRaWAN doorgaans in het frequentiebereik van 866-869 MHz, waarbij de maximale kanaalbreedte die één abonneeapparaat inneemt 125 kHz is. Zo ziet data-uitwisseling via het LoRaWAN-protocol eruit op een spectrogram, opgenomen door Habr-gebruiker Ruslan. Nadyrshin met behulp van SDR.
Sinds 2018 zijn er in Rusland wetswijzigingen doorgevoerd die de beperkingen op het gebruik van 868 MHz-frequenties aanzienlijk verminderen. Lees meer over de nieuwe wettelijke normen voor LoRaWAN-frequenties in Rusland. .
Basisstation — in de terminologie van LoRaWAN-standaarden wordt het een gateway of concentrator genoemd. Qua doel is dit apparaat vergelijkbaar met de basisstations van conventionele mobiele netwerken: eindapparaten maken er verbinding mee en volgen de instructies voor het kiezen van kanalen, stroom en tijdslots voor datatransmissie. Basisstations maken verbinding met een gecentraliseerde softwareserver die toegang heeft tot de status van het gehele netwerk, zich bezighoudt met frequentieplanning, enzovoort.
LoRaWAN-basisstations zijn doorgaans aangesloten op een stationaire stroomvoorziening en hebben een stabiele internettoegang. Advantech biedt verschillende modellen LoRaWAN-basisstations uit deze serie. met een capaciteit van 100 en 500 abonneeapparaten en de mogelijkheid om verbinding te maken met internet via Ethernet en LTE.
Abonnee-apparaat — een clientapparaat met een laag stroomverbruik, meestal met een autonome stroomvoorziening. Het apparaat bevindt zich meestal in de slaapstand (energiebesparende modus). Communiceert met een externe applicatieserver om gegevens te verzenden/ontvangen. Slaat encryptiesleutels op voor authenticatie bij het basisstation en de applicatieserver. Kan zich binnen het dekkingsgebied van meerdere basisstations bevinden. Houdt zich strikt aan de regels voor het werken in de lucht die van het basisstation wordt ontvangen. Apparaten Advantech — dit zijn modulaire I/O-terminals met verschillende analoge en digitale input/output-interfaces en seriële RS-485/232-interfaces.
De klant kan zijn eigen LoRaWAN-basisstations implementeren of gebruikmaken van bestaande netwerken van externe operators
LoRaWAN Openbaar Netwerk
In deze architectuur zijn apparaten verbonden met het openbare netwerk van een externe provider. De client hoeft alleen maar apparaten aan te schaffen, een contract met de provider te tekenen en sleutels te ontvangen voor toegang tot het netwerk. In dit geval is de client volledig afhankelijk van de dekking van de provider.
Houd er rekening mee dat openbare LoRaWAN-netwerken mogelijk strenge beperkingen hebben op de tijd dat een apparaat in de lucht mag zijn. Hierdoor zijn ze mogelijk niet geschikt voor toepassingen waarbij vaker gegevens moeten worden uitgewisseld.
Voordat gegevens worden verzonden, vraagt het apparaat toestemming om te verzenden. Alleen als het basisstation antwoordt met een bevestiging, vindt de uitwisseling plaats.
Bij gebruik van een LoRaWAN-netwerk van een derde partij gebruikt de client de basisstationinfrastructuur van iemand anders en is hij afhankelijk van de dekking en de beperkingen voor gegevensoverdracht van de provider.
Deze aanpak is bijvoorbeeld handig bij het vervangen van abonneeapparaten in stedelijke ontwikkeling, waar de benodigde infrastructuur al aanwezig is. Bijvoorbeeld voor het installeren van sensoren in woongebouwen en bij een kleine hoeveelheid verzonden data, voor het verzamelen van gegevens van elektriciteitsmeters of waterverbruik. Dergelijke apparaten kunnen eens in de paar dagen gegevens verzenden.
LoRaWAN Privénetwerk
Bij de implementatie van een privénetwerk installeert de klant zelf basisstations en plant hij de dekking. Deze aanpak is handig wanneer volledige controle over het netwerk nodig is, of op locaties waar geen operatordekking is.
In een privénetwerk heeft de klant volledige controle over de infrastructuur
In deze architectuur investeert de klant eenmalig in apparatuur voor de implementatie van basisstations en is hij daarna niet meer afhankelijk van diensten en externe operators. Deze optie is geschikt voor het bouwen van een netwerk in afgelegen landbouwgebieden, productielocaties, enz. Een privénetwerk maakt het eenvoudiger om de bestaande infrastructuur te schalen, de dekking, het aantal abonnees en de hoeveelheid verzonden data te vergroten.
Abonnee-invoer-uitvoerterminals
Технические характеристики
- Versies voor alle wereldwijde LoRaWAN-frequentiebanden
- Communicatiebereik met de basis tot 5 km
- Uitbreidingsmodules voor aansluiting randapparatuur
- ingebouwd 4000mAh-batterij
- GPS-module (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- IP65-bescherming
- Programmeren via USB-interface
Serie apparaten — zijn modulaire terminals voor het aansluiten van diverse randapparatuur op het LoRaWAN-netwerk. Ze kunnen worden gebruikt om gegevens te verzamelen van digitale en analoge sensoren, zoals thermometers, hygrometers, barometers, accelerometers, enz., en om andere apparaten te bedienen via RS-232/485-interfaces. De terminal heeft een ingebouwde 4000 mA-batterij, die tot zes maanden autonoom kan werken. De terminal is geïntegreerd met zonnepanelen om de batterij op te laden. De ingebouwde GPS-ontvanger maakt het mogelijk om de locatie van het apparaat nauwkeurig te bepalen, wat de boekhouding en installatie vereenvoudigt: apparaten kunnen worden gemonteerd zonder eerst de database in te voeren, en na installatie worden ze automatisch aan het object gekoppeld op basis van de ontvangen coördinaten.
De programmering en configuratie worden uitgevoerd via een standaard USB-interface en vereisen geen extra controllers en programmeurs. Dit kan dus ter plaatse worden uitgevoerd met behulp van een laptop.
Interfacemodules
Een set interfaces voor het aansluiten van externe apparaten op , wordt gerealiseerd met behulp van interfacemodules die van onderaf worden aangesloten. Aan één terminal Er kan één interfacemodule worden aangesloten. Afhankelijk van de behoeften van de klant kunnen dit digitale of analoge in-/uitgangen zijn, of seriële interfaces. De interfacecontacten worden beschermd door een afgedichte connector met een M12-schroefdraadaansluiting.
- - 4 analoge ingangen en 4 digitale ingangen
- WISE-S615-A - 6 kanalen voor RTD (Resistance Temperature Detector) thermometer
- WISE-S617-A - 6 digitale ingangen, 2 seriële interfaces RS-232/485
Wzzard LRPv2-seriesensor
BB-serie sensoren Dit zijn LoRaWAN-abonneeapparaten die ontworpen zijn voor dataverzameling onder zware omstandigheden en die snel geïnstalleerd kunnen worden. Ze hebben een magnetische basis en kunnen zonder extra bevestigingsmiddelen stevig aan metalen oppervlakken worden bevestigd, waardoor u snel een netwerk met meerdere apparaten kunt opzetten. Een afgedichte interfaceconnector aan de zijkant is ontworpen om externe randapparatuur en sensoren aan te sluiten.
Технические характеристики
- Werkt in alle frequentiebereiken LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetische bevestiging op metalen oppervlak
- Interfaces RS485 (Modbus), 4 analoge ingangen, 2 digitale uitgangen, 1 digitale uitgang
- Afgedichte verbinding van de interfacekabel
- Werkt op 2 x AA-lithiumbatterijen, zonnepanelen of een 9~36V-voeding
- Beschermingsklasse IP66
- Werken bij temperaturen van -40 ~ 75°C
LoRaWAN-basisstations
Advantech biedt een volledig assortiment apparaten voor de implementatie van een privé LoRaWAN-netwerk. Gateways uit de serie worden gebruikt om abonnee-apparaten aan te sluiten, zoals и en gegevensoverdracht naar de applicatieserver. De lijn omvat modellen die gelijktijdige verbinding van apparaten met 100 en 500 abonnees ondersteunen. De gateway is via Ethernet verbonden met internet en er zijn ook versies met een ingebouwde 4G-modem beschikbaar. Ondersteuning voor MQTT- en Modbus-protocollen voor gegevensoverdracht naar de applicatieserver.
Технические характеристики
- Ondersteunt alle LoRaWAN-banden
- Gelijktijdige bediening van 100 of 500 abonneeapparaten
- Ethernet-verbinding
- Optioneel: ingebouwde LTE-modem
- Ingebouwde VPN-server/client
Conclusie
LoRaWAN-technologie heeft terecht veel aandacht getrokken in de industriële markt en stelt ons vandaag de dag in staat om veel zakelijke problemen effectief op te lossen. Voor de meeste klanten blijft LoRaWAN echter een weinig bekende en onbegrijpelijke technologie. Wij geloven dat het in de nabije toekomst net zo wijdverspreid zal zijn als klassieke mobiele netwerken, waardoor onze klanten gemakkelijker autonome Internet of Things-oplossingen kunnen implementeren.
Bron: www.habr.com
