LoRaWAN er en teknologi som raskt vinner popularitet innen Internet of Things-løsninger. Samtidig forblir det for mange klienter lite studert og eksotisk, og det er derfor det er mange myter og misoppfatninger rundt det. I 2018 vedtok Russland endringer i lovgivningen om bruk av LoRaWAN-frekvenser, som utvider mulighetene for å bruke denne teknologien uten lisens. Vi tror at det nå er den beste tiden å begynne å bruke denne teknologien for å løse reelle forretningsproblemer.
I denne artikkelen vil vi se på de grunnleggende prinsippene for LoRaWAN, alternativer for å bygge ditt eget nettverk og bruke tredjepartsleverandører, og også snakke om produktene våre som støtter LoRaWAN.
Hva er LoRaWAN
LoRaWAN er et sett med protokoller som definerer fysiske lag og nettverksdataoverføringslag for enheter med lavt strømforbruk som opererer over lange avstander. Forkortelsen LoRa betyr Long Range, det vil si lange dataoverføringsavstander, og WAN (Wide Area Network) betyr at protokollen også beskriver nettverkslaget.
I motsetning til de velkjente GSM/3G/LTE/WiFi-standardene for trådløs kommunikasjon, ble LoRaWAN opprinnelig designet for å betjene et stort antall lavstrømsabonnentenheter samtidig. Derfor er hovedvekten lagt på immunitet mot interferens, energieffektivitet og rekkevidde. Samtidig er maksimale dataoverføringshastigheter begrenset til bare noen få kilobit per sekund.
Som et mobilnettverk har LoRaWAN abonnentenheter og basestasjoner. Kommunikasjonsrekkevidden mellom abonnentenheten og basestasjonen kan nå 10 km. I dette tilfellet er abonnentenheter vanligvis selvdrevne av et batteri, og mesteparten av tiden er i energisparende modus, og våkner av og til for kortsiktig datautveksling med serveren. Vannmålere kan for eksempel våkne opp en gang med noen få dager og overføre gjeldende verdi av det forbrukte vannvolumet til serveren, og forbli i hvilemodus resten av tiden. Denne tilnærmingen gjør det mulig å skaffe enheter som fungerer i opptil flere år uten behov for å bytte batterier. Oppgaven til LoRaWAN-enheter er å sende/motta nødvendig data fra basestasjonen så raskt som mulig og frigjøre eteren for andre enheter, slik at nettverket har strenge regler for tiden som brukes på lufta. Enheter overfører data kun etter å ha mottatt bekreftelse fra basestasjonen, dette lar deg kontrollere belastningen på eteren på serversiden og jevnt fordele datautvekslingsøktene over tid.
LoRa-standarden beskriver det fysiske laget, signalmodulasjon i frekvensområdene 433 MHz, 868 MHz i Europa, 915 MHz Australia/Amerika og 923 MHz Asia. I Russland bruker LoRaWAN 868 MHz-båndet.
Hvordan LoRaWAN fungerer
Siden LoRaWAN opererer i et ulisensiert område, forenkler det i stor grad utrullingen av sitt eget nettverk med basestasjoner, i så fall er det ikke nødvendig å være avhengig av teleoperatører. I tillegg til å distribuere ditt eget nettverk, kan du bruke nettverkene til eksisterende operatører. LoRaWAN-leverandører eksisterer allerede over hele verden og har nylig begynt å dukke opp i Russland, for eksempel operatøren til ditt LoRaWAN-nettverk i mange byer.
I Russland opererer LoRaWAN vanligvis i området 866-869 MHz, den maksimale kanalbredden som okkuperes av en abonnentenhet er 125 kHz. Slik ser datautveksling via LoRaWAN-protokollen ut på et spektrogram registrert av habra-bruker Ruslan Nadyrshin ved hjelp av SDR.
I Russland har det siden 2018 blitt vedtatt endringer i lover som reduserer restriksjonene for bruk av 868 MHz-frekvenser betydelig. Du kan lese i detalj om de nye lovgivningsnormene som regulerer LoRaWAN-frekvenser i Russland .
Basestasjon — i terminologien til LoRaWAN kalles standarder en gateway eller hub. Når det gjelder formål, ligner denne enheten på basestasjoner i konvensjonelle mobilnettverk: sluttenheter kobles til den og følger instruksjonene for valg av kanaler, strøm og tidsluker for dataoverføring. Basestasjoner er koblet til en sentralisert programvareserver, som har tilgang til tilstanden til hele nettverket som helhet, tar seg av frekvensplanlegging m.m.
Vanligvis er LoRaWAN-basestasjoner koblet til stasjonær strøm og har stabil Internett-tilgang. Advantech tilbyr flere modeller av LoRaWAN-serien basestasjoner med en kapasitet på 100 og 500 abonnentenheter, og muligheten til å koble til Internett via Ethernet og LTE.
Abonnent enhet - en klientenhet med lav effekt, vanligvis selvdrevet. Mesteparten av tiden er den i energisparemodus i dvale. Samhandler med en ekstern applikasjonsserver for å overføre/motta data. Lagrer krypteringsnøkler for autentisering på basestasjonen og applikasjonsserveren. Kan være innenfor dekningsområdet til flere basestasjoner. Overholder strengt reglene for arbeid på luften mottatt fra basestasjonen. Enheter Advantech er modulære I/O-terminaler, med ulike analoge og digitale inngangs-/utgangsgrensesnitt og RS-485/232 serielle grensesnitt.
Kunden kan distribuere sine egne LoRaWAN-basestasjoner eller bruke eksisterende nettverk av tredjepartsoperatører
Offentlig LoRaWAN-nettverk
I denne arkitekturen er enheter koblet til en tredjeparts operatørs offentlige nettverk. Klienten trenger kun å kjøpe abonnentenheter og inngå avtale med leverandøren og motta nøkler for å få tilgang til nettverket. Samtidig er klienten helt avhengig av operatørens dekning.
Husk at et offentlig LoRaWAN-nettverk kan ha strenge restriksjoner på sendetiden en enhet kan oppta, så for applikasjoner som krever hyppigere datautveksling, kan det hende at slike nettverk ikke er egnet.
Før sending av data ber enheten om tillatelse til å sende, og bare hvis basestasjonen svarer med bekreftelse, vil utvekslingen finne sted.
Når du bruker et tredjeparts LoRaWAN-nettverk, bruker klienten en annens basestasjonsinfrastruktur og avhenger av leverandørens dekning og dens dataoverføringsbegrensninger
Denne tilnærmingen er praktisk, for eksempel ved utskifting av abonnentenheter i urbane områder der den nødvendige infrastrukturen allerede eksisterer. For eksempel for installasjon av sensorer i boligbygg og med en liten mengde overførte data, for innsamling av data fra strømmålere eller vannforbruk. Slike enheter kan overføre data en gang med noen få dagers mellomrom.
Privat LoRaWAN-nettverk
Ved utplassering av et privat nettverk, installerer kunden selvstendig basestasjoner og planlegger dekning. Denne tilnærmingen er praktisk når du trenger full kontroll over nettverket, eller på steder der operatørdekning ikke eksisterer.
I et privat nettverk har kunden full kontroll over infrastrukturen
I denne arkitekturen gjør kunden en engangsinvestering i utstyr for utplassering av basestasjoner og er ikke lenger avhengig av tjenester og tredjepartsoperatører. Dette alternativet er egnet for å bygge et nettverk på avsidesliggende landbrukssteder, produksjonsanlegg, etc. Å ha ditt eget nettverk gjør det enklere å skalere den eksisterende infrastrukturen, øke dekningen, antall abonnentenheter og volumet av overførte data.
Abonnent I/O-terminaler
Технические характеристики
- Versjoner for alle globale LoRaWAN-frekvensbånd
- Kommunikasjonsrekkevidde med base opptil 5 km
- Utvidelsesmoduler for tilkobling eksterne enheter
- innebygd 4000mAh batteri
- GPS-modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- IP65 beskyttelse
- USB-programmering
Serie enheter er modulære terminaler for tilkobling av ulike perifere enheter til LoRaWAN-nettverket. Med deres hjelp kan du samle inn data fra alle digitale og analoge sensorer, for eksempel termometre, hygrometre, barometre, akselerometre, etc., og kontrollere andre enheter via RS-232/485-grensesnitt. Den har et innebygd 4000mA batteri, som kan fungere autonomt i opptil seks måneder. Integrerer med solcellepaneler for å lade batteriet. Den innebygde GPS-mottakeren lar deg nøyaktig bestemme plasseringen av enheten, noe som forenkler regnskap og installasjon: enheter kan monteres uten først å gå inn i databasen, og etter installasjonen kobles de automatisk til objektet basert på de mottatte koordinatene.
Programmering og konfigurasjon utføres via et vanlig USB-grensesnitt og krever ikke ekstra kontrollere og programmerere, så det kan gjøres på stedet ved hjelp av en bærbar datamaskin.
Grensesnittmoduler
Et sett med grensesnitt for å koble eksterne enheter til , implementeres ved hjelp av grensesnittmoduler som er koblet nedenfra. Til en terminal én grensesnittmodul kan kobles til. Avhengig av kundens oppgaver kan dette være digitale eller analoge innganger/utganger, eller serielle grensesnitt. Grensesnittkontaktene er beskyttet av en forseglet kobling med en M12-gjenget kobling.
- — 4 analoge innganger og 4 digitale innganger
- WISE-S615-A - 6 kanaler for RTD (Resistance Temperature Detector) termometer
- WISE-S617-A - 6 digitale innganger, 2 RS-232/485 serielle grensesnitt
Wzzard LRPv2-serien sensor
BB-serien sensorer Dette er LoRaWAN-abonnentenheter designet for datainnsamling i tøffe miljøer og designet for rask installasjon. De har en magnetisk base og kan festes sikkert til metalloverflater uten ekstra festemidler, noe som lar deg raskt distribuere et nettverk av mange enheter. Den forseglede grensesnittkontakten, plassert på siden, er designet for å koble til eksterne perifere enheter og sensorer.
Технические характеристики
- Drift i alle frekvensområder LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetisk feste på metalloverflate
- Grensesnitt RS485 (Modbus), 4 analoge innganger, 2 digitale utganger, 1 digital utgang
- Forseglet tilkobling av grensesnittkabelen
- Drevet av 2 AA litiumbatterier, solcellepaneler eller 9~36V strømforsyning
- Beskyttelsesklasse IP66
- Drift ved temperaturer -40 ~ 75°C
LoRaWAN basestasjoner
Advantech tilbyr et komplett utvalg enheter for å distribuere et privat LoRaWAN-nettverk. Gateway-serien brukes til å koble til abonnentenheter, som f.eks и , og overføre data til applikasjonsserveren. Linjen inkluderer modeller som støtter samtidig tilkobling av 100 og 500 abonnentenheter. Gatewayen er koblet til Internett via Ethernet, versjoner med innebygd 4G-modem er også tilgjengelig. Støtter MQTT- og Modbus-protokoller for dataoverføring til applikasjonsserveren.
Технические характеристики
- Støtter alle LoRaWAN-band
- Samtidig service av 100 eller 500 abonnentenheter
- Ethernet-tilkobling
- Valgfritt: innebygd LTE-modem
- Innebygd VPN-server/klient
Konklusjon
LoRaWAN-teknologi tiltrekker seg fortjent mye oppmerksomhet blant industrielle løsninger, og i dag kan den effektivt løse mange forretningsproblemer. Men for de fleste kunder er LoRaWAN fortsatt en lite kjent og uforståelig teknologi. Vi tror at det i nær fremtid vil være like utbredt som klassiske mobilnettverk, noe som vil tillate våre kunder å lettere implementere autonome Internet of Things-løsninger.
Kilde: www.habr.com