LoRaWAN is een technologie die snel aan populariteit wint op het gebied van Internet of Things-oplossingen. Tegelijkertijd blijft het voor veel cliënten weinig bestudeerd en exotisch, waardoor er veel mythen en misvattingen omheen bestaan. In 2018 heeft Rusland wijzigingen aangenomen in de wetgeving over het gebruik van LoRaWAN-frequenties, waardoor de mogelijkheden om deze technologie zonder licentie te gebruiken worden uitgebreid. Wij zijn van mening dat dit het beste moment is om deze technologie te gaan gebruiken om echte zakelijke problemen op te lossen.
In dit artikel kijken we naar de basisprincipes van LoRaWAN, mogelijkheden om je eigen netwerk op te bouwen en gebruik te maken van externe providers, en praten we ook over onze producten die LoRaWAN ondersteunen.
Wat is LoRaWAN
LoRaWAN is een reeks protocollen die fysieke en netwerkgegevensoverdrachtslagen definiëren voor apparaten met een laag vermogen en een laag vermogen die over lange afstanden werken. De afkorting LoRa betekent Long Range, dat wil zeggen 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, werd LoRaWAN oorspronkelijk ontworpen om tegelijkertijd een groot aantal abonneeapparaten met laag vermogen te bedienen. Daarom ligt de nadruk vooral op immuniteit tegen interferentie, energie-efficiëntie en bereik. Tegelijkertijd zijn de maximale gegevensoverdrachtsnelheden beperkt tot slechts enkele kilobits per seconde.
Net als een mobiel netwerk heeft LoRaWAN abonneeapparaten en basisstations. Het communicatiebereik tussen het abonneeapparaat en het basisstation kan 10 km bedragen. In dit geval worden de apparaten van abonnees meestal gevoed door een batterij en bevinden ze zich meestal in de energiebesparende modus, waarbij ze af en toe wakker worden voor kortetermijngegevensuitwisseling met de server. Watermeters kunnen bijvoorbeeld eens in de paar dagen wakker worden en de huidige waarde van het verbruikte watervolume naar de server verzenden, en de rest van de tijd in de slaapmodus blijven. Deze aanpak maakt het mogelijk om apparaten te verkrijgen die meerdere jaren meegaan, zonder dat de batterijen vervangen hoeven te worden. De taak van LoRaWAN-apparaten is om de benodigde gegevens zo snel mogelijk van het basisstation te verzenden/ontvangen en de ether vrij te maken voor andere apparaten. Het netwerk heeft dus strikte regels voor de tijd die in de ether wordt besteed. Apparaten verzenden gegevens pas nadat ze een bevestiging van het basisstation hebben ontvangen. Hierdoor kunt u de belasting van de ether aan de serverzijde controleren en gegevensuitwisselingssessies gelijkmatig over de tijd verdelen.
De LoRa-standaard beschrijft de fysieke laag, signaalmodulatie in de frequentiebereiken 433 MHz, 868 MHz in Europa, 915 MHz Australië/Amerika en 923 MHz Azië. In Rusland gebruikt LoRaWAN de 868 MHz-band.
Hoe LoRaWAN werkt
Omdat LoRaWAN in een licentievrij bereik opereert, vereenvoudigt het de implementatie van een eigen netwerk met basisstations aanzienlijk, waardoor er geen noodzaak is om afhankelijk te zijn van telecomoperatoren. Naast het inzetten van uw eigen netwerk kunt u gebruik maken van de netwerken van bestaande operators. LoRaWAN-providers bestaan al over de hele wereld en verschijnen sinds kort ook in Rusland, bijvoorbeeld de operator naar uw LoRaWAN-netwerk in veel steden.
In Rusland werkt LoRaWAN meestal in het bereik van 866-869 MHz, de maximale kanaalbreedte die door één abonneeapparaat wordt ingenomen is 125 kHz. Zo ziet gegevensuitwisseling via het LoRaWAN-protocol eruit op een spectrogram opgenomen door habra-gebruiker Ruslan Nadyrshin met de hulp van SDR.
In Rusland zijn sinds 2018 wetswijzigingen aangenomen die de beperkingen op het gebruik van 868 MHz-frequenties aanzienlijk verminderen. U kunt gedetailleerd lezen over de nieuwe wettelijke normen die de LoRaWAN-frequenties in Rusland reguleren .
Basisstation — in de terminologie van LoRaWAN-standaarden wordt dit een gateway of hub genoemd. Wat het doel betreft is dit apparaat vergelijkbaar met basisstations van conventionele mobiele mobiele netwerken: eindapparaten maken er verbinding mee en volgen de instructies voor het selecteren van kanalen, stroom en tijdslots voor datatransmissie. Basisstations zijn verbonden met een gecentraliseerde softwareserver, die toegang heeft tot de status van het gehele netwerk als geheel, zich bezighoudt met frequentieplanning, enz.
LoRaWAN-basisstations zijn doorgaans aangesloten op stationaire stroom en hebben een stabiele internettoegang. Advantech biedt verschillende modellen basisstations uit de LoRaWAN-serie met een capaciteit van 100 en 500 abonneeapparaten, en de mogelijkheid om via Ethernet en LTE verbinding te maken met internet.
Abonneeapparaat - een clientapparaat met laag vermogen, meestal met eigen voeding. Meestal bevindt hij zich in de energiebesparende slaapmodus. Werkt samen met een externe applicatieserver om gegevens te verzenden/ontvangen. Slaat coderingssleutels op voor authenticatie op het basisstation en de applicatieserver. Kan zich binnen het dekkingsgebied van meerdere basisstations bevinden. Houdt zich strikt aan de regels voor het werken met de lucht ontvangen van het basisstation. Apparaten Advantech zijn modulaire I/O-terminals, met diverse analoge en digitale in-/uitvoerinterfaces en RS-485/232 seriële interfaces.
De klant kan zijn eigen LoRaWAN-basisstations inzetten of bestaande netwerken van externe operators gebruiken
Openbaar LoRaWAN-netwerk
In deze architectuur zijn apparaten verbonden met het openbare netwerk van een externe operator. De klant hoeft alleen abonnee-apparaten aan te schaffen, een overeenkomst aan te gaan met de provider en sleutels te ontvangen voor toegang tot het netwerk. Tegelijkertijd is de klant volledig afhankelijk van de dekking van de operator.
Houd er rekening mee dat een openbaar LoRaWAN-netwerk strikte beperkingen kan hebben op de zendtijd die een apparaat kan in beslag nemen, dus voor toepassingen die frequentere gegevensuitwisseling vereisen, zijn dergelijke netwerken mogelijk niet geschikt.
Voordat gegevens worden verzonden, vraagt het apparaat toestemming om te verzenden, en alleen als het basisstation met een bevestiging reageert, vindt de uitwisseling plaats.
Bij gebruik van een LoRaWAN-netwerk van derden gebruikt de client de basisstationinfrastructuur van iemand anders en is hij afhankelijk van de dekking van de provider en de beperkingen op het gebied van gegevensoverdracht
Deze aanpak is bijvoorbeeld handig bij het vervangen van abonneeapparaten in stedelijke gebieden waar de noodzakelijke infrastructuur al bestaat. Bijvoorbeeld voor het installeren van sensoren in woongebouwen en met een kleine hoeveelheid verzonden gegevens, voor het verzamelen van gegevens van elektriciteitsmeters of waterverbruik. Dergelijke apparaten kunnen eens in de paar dagen gegevens verzenden.
Privé LoRaWAN-netwerk
Bij het inzetten van een particulier netwerk installeert de klant zelfstandig basisstations en plant hij de dekking. Deze aanpak is handig wanneer u volledige controle over het netwerk nodig heeft, of op locaties waar geen operatordekking bestaat.
In een particulier netwerk heeft de klant volledige controle over de infrastructuur
In deze architectuur investeert de klant eenmalig in apparatuur voor het inzetten van basisstations en is hij niet langer afhankelijk van diensten en externe operators. Deze optie is geschikt voor het opbouwen van een netwerk op afgelegen landbouwlocaties, productiefaciliteiten, enz. Het hebben van een eigen netwerk maakt het eenvoudiger om de bestaande infrastructuur op te schalen, de dekking, het aantal abonneeapparaten en de hoeveelheid verzonden gegevens te vergroten.
I/O-terminals voor abonnees
Технические характеристики
- Versies voor alle wereldwijde LoRaWAN-frequentiebanden
- Communicatiebereik met basis tot 5km
- Uitbreidingsmodules voor aansluiting randapparatuur
- ingebouwd 4000mAh-batterij
- GPS-module (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Bescherming IP65
- USB-programmering
Serie apparaten zijn modulaire terminals voor het aansluiten van diverse randapparatuur op het LoRaWAN-netwerk. Met hun hulp kunt u gegevens verzamelen van alle digitale en analoge sensoren, zoals thermometers, hygrometers, barometers, versnellingsmeters, enz., en andere apparaten besturen via RS-232/485-interfaces. Het heeft een ingebouwde batterij van 4000 mA, die tot zes maanden autonoom kan werken. Kan worden geïntegreerd met zonnepanelen om de batterij op te laden. Met de ingebouwde GPS-ontvanger kunt u nauwkeurig de locatie van het apparaat 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.
Het programmeren en configureren gebeurt via een reguliere USB-interface en vereist geen extra controllers en programmeurs, zodat het ter plaatse met behulp van een laptop kan worden gedaan.
Interfacemodules
Een set interfaces waarop externe apparaten kunnen worden aangesloten , wordt geïmplementeerd met behulp van interfacemodules die van onderaf worden aangesloten. Naar één terminal Er kan één interfacemodule worden aangesloten. Afhankelijk van de taken van de klant kunnen dit digitale of analoge in-/uitgangen zijn, of seriële interfaces. De interfacecontacten zijn beschermd door een afgedichte connector met M12-schroefdraadaansluiting.
- — 4 analoge ingangen en 4 digitale ingangen
- WISE-S615-A - 6 kanalen voor RTD-thermometer (Resistance Temperature Detector).
- WISE-S617-A - 6 digitale ingangen, 2 RS-232/485 seriële interfaces
Wzzard LRPv2-serie sensor
Sensoren uit de BB-serie Dit zijn LoRaWAN-abonneeapparaten die zijn ontworpen voor gegevensverzameling in zware omgevingen en ontworpen voor snelle installatie. Ze hebben een magnetische basis en kunnen veilig worden bevestigd aan metalen oppervlakken zonder extra bevestigingsmiddelen, waardoor u snel een netwerk van veel apparaten kunt implementeren. De afgedichte interfaceconnector, gelegen aan de zijkant, is ontworpen voor het aansluiten van externe randapparatuur en sensoren.
Технические характеристики
- Werking 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 aansluiting van de interfacekabel
- Aangedreven door 2 AA-lithiumbatterijen, zonnepanelen of 9~36V-voeding
- Beschermingsklasse IP66
- Werking bij temperaturen -40 ~ 75°C
LoRaWAN-basisstations
Advantech biedt een volledig assortiment apparaten voor het inzetten van een privé LoRaWAN-netwerk. Gateways-serie worden gebruikt om abonnee-apparaten aan te sluiten, zoals и en het verzenden van gegevens naar de applicatieserver. De lijn omvat modellen die de gelijktijdige verbinding van apparaten met 100 en 500 abonnees ondersteunen. De gateway is via ethernet met internet verbonden; er zijn ook versies met een ingebouwd 4G-modem beschikbaar. Ondersteunt MQTT- en Modbus-protocollen voor gegevensoverdracht naar de applicatieserver.
Технические характеристики
- Ondersteunt alle LoRaWAN-banden
- Gelijktijdig onderhoud van apparaten met 100 of 500 abonnees
- Ethernet-verbinding
- Optioneel: ingebouwd LTE-modem
- Ingebouwde VPN-server/client
Conclusie
LoRaWAN-technologie trekt terecht veel aandacht onder industriële oplossingen, en kan tegenwoordig veel zakelijke problemen effectief oplossen. Maar voor de meeste klanten blijft LoRaWAN nog steeds een weinig bekende en onbegrijpelijke technologie. Wij geloven dat dit 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