LoRaWAN är en teknik som snabbt vinner popularitet inom området Internet of Things-lösningar. Samtidigt förblir det för många kunder lite utstuderat och exotiskt, varför det finns många myter och missuppfattningar kring det. Under 2018 antog Ryssland ändringar i lagstiftningen om användning av LoRaWAN-frekvenser, vilket utökar möjligheterna att använda denna teknik utan licens. Vi tror att det nu är den bästa tiden att börja använda denna teknik för att lösa verkliga affärsproblem.
I den här artikeln kommer vi att titta på de grundläggande principerna för LoRaWAN, alternativ för att bygga ditt eget nätverk och använda tredjepartsleverantörer, och även prata om våra produkter som stöder LoRaWAN.
Vad är LoRaWAN
LoRaWAN är en uppsättning protokoll som definierar fysiska och nätverksdataöverföringslager för lågeffekts- och lågeffektenheter som arbetar över långa avstånd. Förkortningen LoRa betyder Long Range, det vill säga långa dataöverföringsavstånd, och WAN (Wide Area Network) betyder att protokollet även beskriver nätverkslagret.
Till skillnad från de välkända GSM/3G/LTE/WiFi-standarderna för trådlös kommunikation, designades LoRaWAN ursprungligen för att samtidigt betjäna ett stort antal abonnentenheter med låg effekt. Därför ligger huvudvikten på immunitet mot störningar, energieffektivitet och räckvidd. Samtidigt är maximala dataöverföringshastigheter begränsade till endast några kilobits per sekund.
Liksom ett mobilnät har LoRaWAN abonnentenheter och basstationer. Kommunikationsräckvidden mellan abonnentenheten och basstationen kan nå 10 km. I det här fallet är abonnentenheter vanligtvis självförsörjande av ett batteri och är för det mesta i energisparläge och vaknar då och då för kortvarigt datautbyte med servern. Till exempel kan vattenmätare vakna en gång med några dagars mellanrum och överföra det aktuella värdet för den förbrukade vattenvolymen till servern och förbli i viloläge resten av tiden. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att få enheter som fungerar i upp till flera år utan att behöva byta batterier. Uppgiften för LoRaWAN-enheter är att sända/ta emot nödvändig data från basstationen så snabbt som möjligt och frigöra etern för andra enheter, så nätverket har strikta regler för den tid som tas i luften. Enheter överför data endast efter att ha fått bekräftelse från basstationen, detta gör att du kan kontrollera belastningen på etern på serversidan och jämnt fördela datautbytessessioner över tiden.
LoRa-standarden beskriver det fysiska lagret, signalmodulering i frekvensområdena 433 MHz, 868 MHz i Europa, 915 MHz Australien/Amerika och 923 MHz Asien. I Ryssland använder LoRaWAN 868 MHz-bandet.
Hur LoRaWAN fungerar
Eftersom LoRaWAN verkar i ett olicensierat område, förenklar det avsevärt utbyggnaden av sitt eget nätverk med basstationer, i vilket fall det inte finns något behov av att vara beroende av teleoperatörer. Förutom att distribuera ditt eget nätverk kan du använda befintliga operatörers nätverk. LoRaWAN-leverantörer finns redan över hela världen och har nyligen börjat dyka upp i Ryssland, till exempel operatören till ditt LoRaWAN-nätverk i många städer.
I Ryssland fungerar LoRaWAN vanligtvis i intervallet 866-869 MHz, den maximala kanalbredden som upptas av en abonnentenhet är 125 kHz. Så här ser datautbyte via LoRaWAN-protokollet ut på ett spektrogram inspelat av habra-användaren Ruslan Nadyrshin med hjälp av SDR.
I Ryssland, sedan 2018, har lagändringar antagits som avsevärt minskar begränsningarna för användningen av 868 MHz-frekvenser. Du kan läsa i detalj om de nya lagstiftningsnormerna som reglerar LoRaWAN-frekvenser i Ryssland .
Basstation — i terminologin för LoRaWAN kallas standarder en gateway eller hubb. När det gäller syfte liknar den här enheten basstationer i konventionella mobila cellulära nätverk: slutenheter ansluter till den och följer dess instruktioner för att välja kanaler, effekt och tidsluckor för dataöverföring. Basstationer är anslutna till en centraliserad mjukvaruserver, som har tillgång till tillståndet för hela nätverket som helhet, sköter frekvensplanering m.m.
Vanligtvis är LoRaWAN-basstationer anslutna till stationär ström och har stabil internetåtkomst. Advantech erbjuder flera modeller av LoRaWAN-seriens basstationer med en kapacitet på 100 och 500 abonnentenheter, och möjligheten att ansluta till Internet via Ethernet och LTE.
Abonnentenhet - en klientenhet med låg effekt, vanligtvis självförsörjande. För det mesta är den i energisparläge för viloläge. Interagerar med en fjärrapplikationsserver för att överföra/ta emot data. Lagrar krypteringsnycklar för autentisering på basstationen och applikationsservern. Kan vara inom täckningsområdet för flera basstationer. Följer strikt reglerna för att arbeta på luften som tas emot från basstationen. Enheter Advantech är modulära I/O-terminaler, med olika analoga och digitala in-/utgångsgränssnitt och RS-485/232 seriella gränssnitt.
Kunden kan distribuera sina egna LoRaWAN-basstationer eller använda befintliga nätverk av tredjepartsoperatörer
Offentligt LoRaWAN-nätverk
I den här arkitekturen är enheter anslutna till en tredjepartsoperatörs publika nätverk. Klienten behöver bara köpa abonnentenheter och ingå avtal med leverantören och få nycklar för att komma åt nätet. Samtidigt är kunden helt beroende av operatörens täckning.
Tänk på att ett offentligt LoRaWAN-nätverk kan ha strikta begränsningar för den sändningstid en enhet kan uppta, så för applikationer som kräver mer frekvent datautbyte kanske sådana nätverk inte är lämpliga.
Innan data skickas begär enheten tillstånd att sända, och endast om basstationen svarar med bekräftelse kommer utbytet att ske.
När du använder ett tredjeparts LoRaWAN-nätverk använder klienten någon annans basstationsinfrastruktur och beror på leverantörens täckning och dess dataöverföringsbegränsningar
Detta tillvägagångssätt är praktiskt, till exempel när man byter ut abonnentenheter i stadsområden där den nödvändiga infrastrukturen redan finns. Till exempel för installation av sensorer i bostadshus och med en liten mängd överförd data, för insamling av data från elmätare eller vattenförbrukning. Sådana enheter kan överföra data en gång varannan dag.
Privat LoRaWAN-nätverk
Vid driftsättning av ett privat nätverk installerar kunden självständigt basstationer och planerar täckning. Detta tillvägagångssätt är praktiskt när du behöver fullständig kontroll över nätverket eller på platser där operatörstäckning inte finns.
I ett privat nätverk har kunden fullständig kontroll över infrastrukturen
I denna arkitektur gör kunden en engångsinvestering i utrustning för att distribuera basstationer och är inte längre beroende av tjänster och tredjepartsoperatörer. Detta alternativ är lämpligt för att bygga ett nätverk på avlägsna jordbruksplatser, produktionsanläggningar etc. Att ha ett eget nätverk gör det lättare att skala den befintliga infrastrukturen, öka täckningen, antalet abonnentenheter och mängden överförd data.
Abonnent I/O-terminaler
Технические характеристики
- Versioner för alla globala LoRaWAN-frekvensband
- Kommunikationsräckvidd med bas upp till 5 km
- Expansionsmoduler för anslutning kringutrustning
- inbyggd 4000mAh batteri
- GPS-modul (Galileo/BeiDou/GLONASS)
- Skydds IP65
- USB-programmering
Serie enheter är modulära terminaler för att ansluta olika kringutrustning till LoRaWAN-nätverket. Med deras hjälp kan du samla in data från alla digitala och analoga sensorer, såsom termometrar, hygrometrar, barometrar, accelerometrar, etc., och styra andra enheter via RS-232/485-gränssnitt. Den har ett inbyggt 4000mA batteri, som kan fungera autonomt i upp till sex månader. Integreras med solpaneler för att ladda batteriet. Den inbyggda GPS-mottagaren låter dig exakt bestämma platsen för enheten, vilket förenklar redovisning och installation: enheter kan monteras utan att först gå in i databasen, och efter installationen länkas de automatiskt till objektet baserat på de mottagna koordinaterna.
Programmering och konfiguration utförs via ett vanligt USB-gränssnitt och kräver inga ytterligare kontroller och programmerare, så det kan göras på plats med hjälp av en bärbar dator.
Gränssnittsmoduler
En uppsättning gränssnitt för att ansluta externa enheter till , implementeras med hjälp av gränssnittsmoduler som är anslutna underifrån. Till en terminal en gränssnittsmodul kan anslutas. Beroende på kundens uppgifter kan dessa vara digitala eller analoga in-/utgångar eller seriella gränssnitt. Gränssnittskontakterna skyddas av en tätad kontakt med en M12-gängad anslutning.
- — 4 analoga ingångar och 4 digitala ingångar
- WISE-S615-A - 6 kanaler för RTD (Resistance Temperature Detector) termometer
- WISE-S617-A - 6 digitala ingångar, 2 RS-232/485 seriella gränssnitt
Wzzard LRPv2-serien sensor
BB-serien sensorer Dessa är LoRaWAN-abonnentenheter designade för datainsamling i tuffa miljöer och designade för snabb installation. De har en magnetisk bas och kan fästas säkert på metallytor utan extra fästelement, vilket gör att du snabbt kan distribuera ett nätverk av många enheter. Den förseglade gränssnittskontakten, placerad på sidan, är utformad för att ansluta externa kringutrustningar och sensorer.
Технические характеристики
- Drift i alla frekvensområden LoRaWAN 868/915/923MHz
- Magnetfäste på metallyta
- Gränssnitt RS485 (Modbus), 4 analoga ingångar, 2 digitala utgångar, 1 digital utgång
- Tätad anslutning av gränssnittskabeln
- Drivs av 2 AA litiumbatterier, solpaneler eller 9~36V strömförsörjning
- Skyddsklass IP66
- Drift vid temperaturer -40 ~ 75°C
LoRaWAN basstationer
Advantech erbjuder ett komplett utbud av enheter för att distribuera ett privat LoRaWAN-nätverk. Gateways-serien används för att ansluta abonnentenheter, som t.ex и och överföra data till applikationsservern. Linjen inkluderar modeller som stöder samtidig anslutning av 100 och 500 abonnentenheter. Gatewayen är ansluten till Internet via Ethernet, versioner med inbyggt 4G-modem finns också. Stöder MQTT- och Modbus-protokoll för dataöverföring till applikationsservern.
Технические характеристики
- Stöder alla LoRaWAN-band
- Samtidig service av 100 eller 500 abonnentenheter
- Ethernet-anslutning
- Tillval: inbyggt LTE-modem
- Inbyggd VPN-server/klient
Slutsats
LoRaWAN-teknologin väcker välförtjänt stor uppmärksamhet bland industriella lösningar, och idag kan den effektivt lösa många affärsproblem. Men för de flesta kunder är LoRaWAN fortfarande en föga känd och obegriplig teknik. Vi tror att det inom en snar framtid kommer att vara lika utbrett som klassiska mobilnät, vilket gör att våra kunder lättare kan implementera autonoma Internet of Things-lösningar.
Källa: will.com