LoRaWAN este o tehnologie care câștigă rapid popularitate în domeniul soluțiilor Internet of Things. În același timp, pentru mulți clienți rămâne puțin studiat și exotic, motiv pentru care există multe mituri și concepții greșite în jurul lui. În 2018, Rusia a adoptat modificări la legislația privind utilizarea frecvențelor LoRaWAN, care extind posibilitățile de utilizare a acestei tehnologii fără licență. Credem că acum este cel mai bun moment pentru a începe să utilizați această tehnologie pentru a rezolva probleme reale de afaceri.
În acest articol, vom analiza principiile de bază ale LoRaWAN, opțiunile pentru construirea propriei rețele și utilizarea furnizorilor terți și, de asemenea, vom vorbi despre produsele noastre care acceptă LoRaWAN.
Ce este LoRaWAN
LoRaWAN este un set de protocoale care definesc straturile de transfer de date fizice și de rețea pentru dispozitive cu consum redus de energie și care funcționează pe distanțe lungi. Abrevierea LoRa înseamnă Long Range, adică distanțe mari de transmisie a datelor, iar WAN (Wide Area Network) înseamnă că protocolul descrie și stratul de rețea.
Spre deosebire de binecunoscutele standarde de comunicare fără fir GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN a fost proiectat inițial pentru a deservi simultan un număr mare de dispozitive de abonat cu putere redusă. Prin urmare, accentul principal este pus pe imunitatea la interferențe, eficiența energetică și raza de acțiune. În același timp, ratele maxime de transfer de date sunt limitate la doar câțiva kilobiți pe secundă.
La fel ca o rețea celulară, LoRaWAN are dispozitive de abonat și stații de bază. Raza de comunicare dintre dispozitivul abonatului și stația de bază poate ajunge la 10 km. În acest caz, dispozitivele abonaților sunt de obicei autoalimentate de o baterie și de cele mai multe ori sunt în modul de economisire a energiei, trezindu-se ocazional pentru schimbul de date pe termen scurt cu serverul. De exemplu, apometrele se pot trezi o dată la câteva zile și pot transmite valoarea curentă a volumului de apă consumat către server și rămân în modul de repaus în restul timpului. Această abordare face posibilă obținerea de dispozitive care funcționează până la câțiva ani fără a fi nevoie să înlocuiți bateriile. Sarcina dispozitivelor LoRaWAN este de a transmite/primi datele necesare de la stația de bază cât mai repede posibil și de a elibera undele de emisie pentru alte dispozitive, astfel încât rețeaua are reguli stricte pentru timpul ocupat în emisie. Dispozitivele transmit date numai după primirea confirmării de la stația de bază, acest lucru vă permite să controlați încărcarea undelor de transmisie pe partea serverului și să distribuiți uniform sesiunile de schimb de date în timp.
Standardul LoRa descrie stratul fizic, modulația semnalului în intervalele de frecvență 433 MHz, 868 MHz în Europa, 915 MHz Australia/America și 923 MHz Asia. În Rusia, LoRaWAN folosește banda de 868 MHz.
Cum funcționează LoRaWAN
Deoarece LoRaWAN operează într-o gamă fără licență, simplifică foarte mult implementarea propriei rețele cu stații de bază, caz în care nu este nevoie să depindeți de operatorii de telecomunicații. Pe lângă implementarea propriei rețele, puteți utiliza rețelele operatorilor existenți. Furnizorii LoRaWAN există deja în toată lumea și au început să apară recent în Rusia, de exemplu operatorul la rețeaua dvs. LoRaWAN din multe orașe.
În Rusia, LoRaWAN funcționează de obicei în intervalul 866-869 MHz, lățimea maximă a canalului ocupată de un dispozitiv de abonat este de 125 kHz. Așa arată schimbul de date prin protocolul LoRaWAN pe o spectrogramă înregistrată de utilizatorul habra Ruslan Nadyrshin cu ajutorul SDR.
În Rusia, din 2018, au fost adoptate modificări ale legilor care reduc semnificativ restricțiile privind utilizarea frecvențelor de 868 MHz. Puteți citi în detaliu despre noile norme legislative care reglementează frecvențele LoRaWAN în Rusia .
Stație de bază — în terminologia standardelor LoRaWAN se numește gateway sau hub. În ceea ce privește scopul, acest dispozitiv este similar cu stațiile de bază ale rețelelor celulare mobile convenționale: dispozitivele finale se conectează la el și urmează instrucțiunile sale pentru selectarea canalelor, a puterii și a intervalelor de timp pentru transmiterea datelor. Stațiile de bază sunt conectate la un server software centralizat, care are acces la starea întregii rețele în ansamblu, se ocupă de planificarea frecvenței etc.
De obicei, stațiile de bază LoRaWAN sunt conectate la alimentare staționară și au acces stabil la Internet. Advantech oferă mai multe modele de stații de bază din seria LoRaWAN cu o capacitate de 100 și 500 de dispozitive de abonat și capacitatea de a se conecta la Internet prin Ethernet și LTE.
Dispozitivul abonatului - un dispozitiv client de consum redus, de obicei autoalimentat. De cele mai multe ori este în modul de economisire a energiei de repaus. Interacționează cu un server de aplicații la distanță pentru a transmite/primi date. Stochează cheile de criptare pentru autentificare la stația de bază și la serverul de aplicații. Poate fi în aria de acoperire a mai multor stații de bază. Respectă cu strictețe regulile de lucru pe aerul primit de la stația de bază. Dispozitive Advantech sunt terminale I/O modulare, cu diverse interfețe de intrare/ieșire analogice și digitale și interfețe seriale RS-485/232.
Clientul își poate implementa propriile stații de bază LoRaWAN sau poate folosi rețelele existente ale operatorilor terți
Rețea publică LoRaWAN
În această arhitectură, dispozitivele sunt conectate la rețeaua publică a unui operator terț. Clientul trebuie doar să achiziționeze dispozitive de abonat și să încheie un acord cu furnizorul și să primească chei pentru a accesa rețeaua. În același timp, clientul este complet dependent de acoperirea operatorului.
Rețineți că o rețea publică LoRaWAN poate avea restricții stricte cu privire la timpul de difuzare pe care îl poate ocupa un dispozitiv, așa că pentru aplicațiile care necesită un schimb de date mai frecvent, astfel de rețele ar putea să nu fie potrivite.
Înainte de a trimite date, dispozitivul solicită permisiunea de a transmite și numai dacă stația de bază răspunde cu confirmare, schimbul va avea loc.
Când folosește o rețea LoRaWAN terță parte, clientul folosește infrastructura stației de bază a altcuiva și depinde de acoperirea furnizorului și de restricțiile sale de transfer de date.
Această abordare este convenabilă, de exemplu, atunci când se înlocuiesc dispozitivele de abonat în zonele urbane unde există deja infrastructura necesară. De exemplu, pentru instalarea de senzori în clădiri rezidențiale și cu o cantitate mică de date transmise, pentru colectarea datelor de la contoarele de energie electrică sau consumul de apă. Astfel de dispozitive pot transmite date o dată la câteva zile.
Rețea privată LoRaWAN
Când implementează o rețea privată, clientul instalează în mod independent stații de bază și planifică acoperirea. Această abordare este convenabilă atunci când aveți nevoie de control complet asupra rețelei sau în site-urile în care nu există acoperirea operatorului.
Într-o rețea privată, clientul are control complet asupra infrastructurii
În această arhitectură, clientul face o investiție unică în echipamente pentru implementarea stațiilor de bază și nu mai este dependent de servicii și operatori terți. Această opțiune este potrivită pentru construirea unei rețele în locații agricole îndepărtate, unități de producție etc. Având propria rețea, este mai ușor să scalați infrastructura existentă, să creșteți acoperirea, numărul de dispozitive de abonat și volumul de date transmise.
Terminale I/O abonatului
Технические характеристики
- Versiuni pentru toate benzile de frecvență LoRaWAN globale
- Raza de comunicare cu baza pana la 5 km
- Module de extensie pentru conectare dispozitiv periferic
- Встроенный baterie de 4000 mAh
- Modul GPS (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Protectie IP65
- programare USB
Dispozitive din serie sunt terminale modulare pentru conectarea diferitelor dispozitive periferice la rețeaua LoRaWAN. Cu ajutorul lor, puteți colecta date de la orice senzor digital și analogic, cum ar fi termometre, higrometre, barometre, accelerometre etc. și puteți controla alte dispozitive prin interfețele RS-232/485. Are o baterie încorporată de 4000mA, care poate funcționa autonom până la șase luni. Se integrează cu panouri solare pentru a încărca bateria. Receptorul GPS încorporat vă permite să determinați cu exactitate locația dispozitivului, ceea ce simplifică contabilitatea și instalarea: dispozitivele pot fi montate fără a intra mai întâi în baza de date, iar după instalare sunt conectate automat la obiect pe baza coordonatelor primite.
Programarea și configurarea se realizează printr-o interfață USB obișnuită și nu necesită controlere și programatori suplimentari, astfel încât se poate face la fața locului folosind un laptop.
Module de interfață
Un set de interfețe pentru conectarea dispozitivelor externe la , este implementat folosind module de interfață care sunt conectate de jos. La un terminal se poate conecta un singur modul de interfață. În funcție de sarcinile clientului, acestea pot fi intrări/ieșiri digitale sau analogice sau interfețe seriale. Contactele interfeței sunt protejate de un conector etanș cu o conexiune filetată M12.
- — 4 intrări analogice și 4 intrări digitale
- WISE-S615-A - 6 canale pentru termometru RTD (Resistance Temperature Detector)
- WISE-S617-A - 6 intrari digitale, 2 interfete seriale RS-232/485
Senzor din seria Wzzard LRPv2
Senzori din seria BB Acestea sunt dispozitive de abonat LoRaWAN concepute pentru colectarea datelor în medii dure și concepute pentru instalare rapidă. Au o bază magnetică și pot fi atașate în siguranță de suprafețe metalice fără elemente de fixare suplimentare, ceea ce vă permite să instalați rapid o rețea de multe dispozitive. Conectorul de interfață sigilat, situat pe lateral, este proiectat pentru conectarea dispozitivelor periferice externe și a senzorilor.
Технические характеристики
- Funcționare în toate gamele de frecvență LoRaWAN 868/915/923MHz
- Suport magnetic pe suprafata metalica
- Interfețe RS485 (Modbus), 4 intrări analogice, 2 ieșiri digitale, 1 ieșire digitală
- Conexiune etanșă a cablului de interfață
- Alimentat cu 2 baterii cu litiu AA, panouri solare sau sursa de alimentare 9~36V
- Clasa de protectie IP66
- Functionare la temperaturi -40 ~ 75°C
Stații de bază LoRaWAN
Advantech oferă o gamă completă de dispozitive pentru implementarea unei rețele private LoRaWAN. Seria Gateway-uri sunt folosite pentru a conecta dispozitive de abonat, cum ar fi и , și transmiterea datelor către serverul de aplicații. Linia include modele care acceptă conectarea simultană a dispozitivelor cu 100 și 500 de abonați. Gateway-ul este conectat la Internet prin Ethernet; sunt disponibile și versiuni cu modem 4G încorporat. Suportă protocoale MQTT și Modbus pentru transferul de date către serverul de aplicații.
Технические характеристики
- Acceptă toate benzile LoRaWAN
- Deservire simultană a dispozitivelor pentru 100 sau 500 de abonați
- Conexiune Ethernet
- Opțional: modem LTE încorporat
- Server/client VPN încorporat
Concluzie
Tehnologia LoRaWAN atrage în mod meritat o mare atenție în rândul soluțiilor industriale, iar astăzi poate rezolva în mod eficient multe probleme de afaceri. Dar pentru majoritatea clienților, LoRaWAN rămâne o tehnologie puțin cunoscută și de neînțeles. Credem că în viitorul apropiat va fi la fel de răspândită ca și rețelele celulare clasice, ceea ce va permite clienților noștri să implementeze mai ușor soluții autonome de Internet of Things.
Sursa: www.habr.com