LoRaWAN ช่วยสร้าง Internet of Things สมัยใหม่ได้อย่างไร

LoRaWAN เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในด้านโซลูชั่น Internet of Things ในขณะเดียวกัน ลูกค้าจำนวนมากยังคงได้รับการศึกษาเพียงเล็กน้อยและแปลกใหม่ ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงมีตำนานและความเข้าใจผิดมากมาย ในปี 2018 รัสเซียได้นำการแก้ไขกฎหมายว่าด้วยการใช้ความถี่ LoRaWAN ซึ่งขยายความเป็นไปได้ในการใช้เทคโนโลยีนี้โดยไม่ต้องมีใบอนุญาต เราเชื่อว่าตอนนี้เป็นเวลาที่ดีที่สุดในการเริ่มใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อแก้ไขปัญหาทางธุรกิจที่แท้จริง

ในบทความนี้ เราจะดูหลักการพื้นฐานของ LoRaWAN ตัวเลือกสำหรับการสร้างเครือข่ายของคุณเองและการใช้ผู้ให้บริการบุคคลที่สาม และยังพูดคุยเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของเราที่รองรับ LoRaWAN

LoRaWAN คืออะไร

LoRaWAN คือชุดโปรโตคอลที่กำหนดเลเยอร์การถ่ายโอนข้อมูลทางกายภาพและเครือข่ายสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำและใช้พลังงานต่ำที่ทำงานในระยะทางไกล ตัวย่อ LoRa หมายถึง Long Range ซึ่งก็คือระยะการส่งข้อมูลที่ยาว และ WAN (Wide Area Network) หมายความว่าโปรโตคอลยังอธิบายเลเยอร์เครือข่ายด้วย

ต่างจากมาตรฐานการสื่อสารไร้สาย GSM/3G/LTE/WiFi ที่รู้จักกันดี เดิม LoRaWAN ได้รับการออกแบบมาให้รองรับอุปกรณ์สมาชิกที่ใช้พลังงานต่ำจำนวนมากพร้อมกัน ดังนั้นจุดเน้นหลักจึงอยู่ที่ภูมิคุ้มกันต่อการรบกวน ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และช่วง ในเวลาเดียวกัน อัตราการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดจะถูกจำกัดไว้เพียงไม่กี่กิโลบิตต่อวินาที

เช่นเดียวกับเครือข่ายเซลลูลาร์ LoRaWAN มีอุปกรณ์สมาชิกและสถานีฐาน ช่วงการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์สมาชิกและสถานีฐานสามารถเข้าถึงได้ 10 กม. ในกรณีนี้ อุปกรณ์สมาชิกมักจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในตัว และส่วนใหญ่อยู่ในโหมดประหยัดพลังงาน โดยจะตื่นขึ้นมาเป็นครั้งคราวเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลระยะสั้นกับเซิร์ฟเวอร์ ตัวอย่างเช่น มาตรวัดน้ำสามารถปลุกทุกๆ สองสามวัน และส่งค่าปัจจุบันของปริมาณน้ำที่ใช้ไปยังเซิร์ฟเวอร์ และยังคงอยู่ในโหมดสลีปตลอดเวลาที่เหลือ วิธีการนี้ทำให้สามารถรับอุปกรณ์ที่ทำงานได้นานหลายปีโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ งานของอุปกรณ์ LoRaWAN คือการส่ง/รับข้อมูลที่จำเป็นจากสถานีฐานโดยเร็วที่สุด และเพิ่มคลื่นอากาศให้กับอุปกรณ์อื่นๆ ดังนั้นเครือข่ายจึงมีกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดสำหรับเวลาที่ออกอากาศ อุปกรณ์จะส่งข้อมูลหลังจากได้รับการยืนยันจากสถานีฐานเท่านั้น ซึ่งช่วยให้คุณสามารถควบคุมโหลดบนคลื่นอากาศบนฝั่งเซิร์ฟเวอร์ และกระจายเซสชันการแลกเปลี่ยนข้อมูลอย่างสม่ำเสมอเมื่อเวลาผ่านไป

มาตรฐาน LoRa อธิบายชั้นกายภาพ การมอดูเลตสัญญาณในช่วงความถี่ 433 MHz, 868 MHz ในยุโรป, 915 MHz ออสเตรเลีย/อเมริกา และ 923 MHz เอเชีย ในรัสเซีย LoRaWAN ใช้คลื่นความถี่ 868 MHz

LoRaWAN ทำงานอย่างไร

เนื่องจาก LoRaWAN ทำงานในช่วงที่ไม่มีใบอนุญาต จึงช่วยลดความยุ่งยากในการติดตั้งเครือข่ายของตัวเองด้วยสถานีฐานได้อย่างมาก ซึ่งในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องพึ่งพาผู้ให้บริการโทรคมนาคม นอกเหนือจากการปรับใช้เครือข่ายของคุณเองแล้ว คุณยังสามารถใช้เครือข่ายของผู้ให้บริการที่มีอยู่ได้ ผู้ให้บริการ LoRaWAN มีอยู่แล้วทั่วโลก และเพิ่งเริ่มปรากฏในรัสเซีย เช่น ผู้ดำเนินการ Er-Telecom ให้บริการการเชื่อมต่อแล้ว ไปยังเครือข่าย LoRaWAN ของคุณในหลายเมือง

ในรัสเซีย LoRaWAN มักจะทำงานในช่วง 866-869 MHz ความกว้างของช่องสัญญาณสูงสุดที่อุปกรณ์สมาชิกหนึ่งเครื่องครอบครองคือ 125 kHz นี่คือลักษณะการแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านโปรโตคอล LoRaWAN บนสเปกโตรแกรมที่บันทึกโดยผู้ใช้ Habra Ruslan ไฟฟ้าจากUfa Nadyrshin ด้วยความช่วยเหลือของ SDR

ในรัสเซีย ตั้งแต่ปี 2018 ได้มีการนำการแก้ไขกฎหมายมาใช้ ซึ่งช่วยลดข้อจำกัดในการใช้ความถี่ 868 MHz ได้อย่างมาก คุณสามารถอ่านรายละเอียดเกี่ยวกับบรรทัดฐานทางกฎหมายใหม่ที่ควบคุมความถี่ LoRaWAN ในรัสเซีย ในบทความนี้.

สถานีฐาน — ในศัพท์เฉพาะของมาตรฐาน LoRaWAN เรียกว่าเกตเวย์หรือฮับ ในแง่ของวัตถุประสงค์ อุปกรณ์นี้คล้ายกับสถานีฐานของเครือข่ายเซลลูลาร์เคลื่อนที่ทั่วไป โดยอุปกรณ์ปลายทางจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ดังกล่าวและปฏิบัติตามคำแนะนำในการเลือกช่องสัญญาณ พลังงาน และช่วงเวลาในการส่งข้อมูล สถานีฐานเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ซอฟต์แวร์ส่วนกลาง ซึ่งสามารถเข้าถึงสถานะของเครือข่ายทั้งหมดได้ เกี่ยวข้องกับการวางแผนความถี่ ฯลฯ
โดยทั่วไปแล้ว สถานีฐาน LoRaWAN จะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าคงที่และมีการเข้าถึงอินเทอร์เน็ตที่เสถียร Advantech มีสถานีฐานซีรีส์ LoRaWAN หลายรุ่น ฉลาด -6610 ด้วยความจุอุปกรณ์สมาชิก 100 และ 500 และความสามารถในการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่าน Ethernet และ LTE

อุปกรณ์สมาชิก - อุปกรณ์ไคลเอนต์ที่ใช้พลังงานต่ำ ซึ่งมักจะขับเคลื่อนด้วยตัวเอง โดยส่วนใหญ่แล้วจะอยู่ในโหมดประหยัดพลังงานในโหมดสลีป โต้ตอบกับแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์ระยะไกลเพื่อส่ง/รับข้อมูล จัดเก็บคีย์การเข้ารหัสสำหรับการตรวจสอบสิทธิ์ที่สถานีฐานและแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์ อาจอยู่ในพื้นที่ครอบคลุมของสถานีฐานหลายแห่ง ปฏิบัติตามหลักเกณฑ์การทำงานบนอากาศที่ได้รับจากสถานีฐานอย่างเคร่งครัด อุปกรณ์ Advantech ฉลาด -4610 เป็นเทอร์มินัล I/O แบบโมดูลาร์ พร้อมด้วยอินเทอร์เฟซอินพุต/เอาท์พุตอนาล็อกและดิจิทัลและอินเทอร์เฟซอนุกรม RS-485/232 ที่หลากหลาย

ลูกค้าสามารถติดตั้งสถานีฐาน LoRaWAN ของตนเองหรือใช้เครือข่ายที่มีอยู่ของผู้ให้บริการบุคคลที่สามได้

เครือข่าย LoRaWAN สาธารณะ

ในสถาปัตยกรรมนี้ อุปกรณ์จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายสาธารณะของผู้ให้บริการบุคคลที่สาม ลูกค้าเพียงต้องซื้ออุปกรณ์สมาชิกและทำข้อตกลงกับผู้ให้บริการและรับกุญแจเพื่อเข้าถึงเครือข่าย ในขณะเดียวกัน ลูกค้าก็ขึ้นอยู่กับความคุ้มครองของผู้ให้บริการโดยสิ้นเชิง
โปรดทราบว่าเครือข่าย LoRaWAN สาธารณะอาจมีข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเวลาออกอากาศที่อุปกรณ์สามารถใช้ได้ ดังนั้นสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลบ่อยกว่า เครือข่ายดังกล่าวอาจไม่เหมาะสม
ก่อนที่จะส่งข้อมูล อุปกรณ์จะขออนุญาตในการส่งข้อมูล และหากสถานีฐานตอบกลับด้วยการยืนยันเท่านั้น การแลกเปลี่ยนจะเกิดขึ้น

เมื่อใช้เครือข่าย LoRaWAN ของบริษัทอื่น ลูกค้าจะใช้โครงสร้างพื้นฐานของสถานีฐานของบุคคลอื่น และขึ้นอยู่กับความครอบคลุมของผู้ให้บริการและข้อจำกัดในการถ่ายโอนข้อมูล

วิธีการนี้สะดวก เช่น เมื่อเปลี่ยนอุปกรณ์สมาชิกในเขตเมืองซึ่งมีโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นอยู่แล้ว เช่น การติดตั้งเซ็นเซอร์ในอาคารที่พักอาศัยและการรับส่งข้อมูลจำนวนเล็กน้อย การรวบรวมข้อมูลจากมิเตอร์ไฟฟ้าหรือการใช้น้ำ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถส่งข้อมูลได้ทุกๆ สองสามวัน

เครือข่าย LoRaWAN ส่วนตัว

เมื่อปรับใช้เครือข่ายส่วนตัว ลูกค้าจะติดตั้งสถานีฐานและแผนความคุ้มครองอย่างอิสระ วิธีการนี้สะดวกเมื่อคุณต้องการการควบคุมเครือข่ายโดยสมบูรณ์ หรือที่ไซต์ที่ไม่มีผู้ให้บริการครอบคลุมอยู่

ในเครือข่ายส่วนตัว ลูกค้าสามารถควบคุมโครงสร้างพื้นฐานได้อย่างสมบูรณ์

ในสถาปัตยกรรมนี้ ลูกค้าจะลงทุนเพียงครั้งเดียวในอุปกรณ์สำหรับการปรับใช้สถานีฐาน และไม่ต้องพึ่งพาบริการและผู้ให้บริการบุคคลที่สามอีกต่อไป ตัวเลือกนี้เหมาะสำหรับการสร้างเครือข่ายในพื้นที่เกษตรกรรมห่างไกล โรงงานผลิต ฯลฯ การมีเครือข่ายของคุณเองทำให้ง่ายต่อการปรับขนาดโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ เพิ่มความครอบคลุม จำนวนอุปกรณ์ที่สมัครสมาชิก และปริมาณข้อมูลที่ส่ง

เทอร์มินัล I/O ของสมาชิก ฉลาด -4610

Техническиехарактеристики

• เวอร์ชันสำหรับคลื่นความถี่ LoRaWAN ทั่วโลกทั้งหมด
• ระยะการสื่อสารพร้อมฐาน สูงสุด 5 กม
• โมดูลส่วนขยายสำหรับการเชื่อมต่อ อุปกรณ์ต่อพ่วง
• ในตัว แบตเตอรี่ 4000mAh
• โมดูล GPS (กาลิเลโอ/เป่ยโต่ว/โกลนาส)
• การป้องกัน IP65
• การเขียนโปรแกรมยูเอสบี

อุปกรณ์ซีรีส์ ฉลาด -4610 เป็นเทอร์มินัลแบบโมดูลาร์สำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ เข้ากับเครือข่าย LoRaWAN ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา คุณสามารถรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์ดิจิทัลและแอนะล็อก เช่น เทอร์โมมิเตอร์ ไฮโกรมิเตอร์ บารอมิเตอร์ มาตรวัดความเร่ง ฯลฯ และควบคุมอุปกรณ์อื่นๆ ผ่านอินเทอร์เฟซ RS-232/485 มีแบตเตอรี่ในตัวขนาด 4000mA ซึ่งสามารถทำงานอัตโนมัติได้นานถึงหกเดือน ผสานรวมกับแผงโซลาร์เซลล์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ตัวรับสัญญาณ GPS ในตัวช่วยให้คุณระบุตำแหน่งของอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการทำบัญชีและการติดตั้ง: สามารถติดตั้งอุปกรณ์ได้โดยไม่ต้องเข้าสู่ฐานข้อมูลก่อน และหลังการติดตั้งอุปกรณ์จะเชื่อมโยงกับวัตถุโดยอัตโนมัติตามพิกัดที่ได้รับ

การเขียนโปรแกรมและการกำหนดค่าดำเนินการผ่านอินเทอร์เฟซ USB ทั่วไป และไม่ต้องใช้ตัวควบคุมและโปรแกรมเมอร์เพิ่มเติม ดังนั้นจึงสามารถทำได้ที่ไซต์งานโดยใช้แล็ปท็อป

โมดูลอินเทอร์เฟซ

ชุดอินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอกเข้ากับ ฉลาด -4610ใช้งานโดยใช้โมดูลอินเทอร์เฟซที่เชื่อมต่อจากด้านล่าง ไปยังเทอร์มินัลหนึ่ง ฉลาด -4610 สามารถเชื่อมต่อโมดูลอินเทอร์เฟซเดียวได้ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอินพุต/เอาท์พุตดิจิทัลหรือแอนะล็อก หรืออินเทอร์เฟซแบบอนุกรม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับงานของลูกค้า หน้าสัมผัสอินเทอร์เฟซได้รับการปกป้องโดยขั้วต่อแบบปิดผนึกพร้อมการเชื่อมต่อแบบเกลียว M12

• ฉลาด -S614-A — อินพุตอนาล็อก 4 ช่อง และอินพุตดิจิตอล 4 ช่อง
• WISE-S615-A - 6 ช่องสำหรับเทอร์โมมิเตอร์ RTD (Resistance Temperature Detector)
• WISE-S617-A - อินพุตดิจิตอล 6 ช่อง, อินเทอร์เฟซอนุกรม RS-2/232 485 ช่อง

เซ็นเซอร์ Wzzard LRPv2 ซีรีส์

เซ็นเซอร์ BB ซีรี่ส์ Wzzard LRPv2 อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์สมัครสมาชิก LoRaWAN ที่ออกแบบมาเพื่อรวบรวมข้อมูลในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและออกแบบมาเพื่อการติดตั้งที่รวดเร็ว มีฐานแม่เหล็กและสามารถยึดติดกับพื้นผิวโลหะได้อย่างแน่นหนาโดยไม่ต้องใช้ตัวยึดเพิ่มเติม ซึ่งช่วยให้คุณปรับใช้เครือข่ายของอุปกรณ์จำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว ขั้วต่ออินเทอร์เฟซแบบปิดผนึกซึ่งอยู่ด้านข้าง ได้รับการออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงและเซ็นเซอร์ภายนอก

Техническиехарактеристики

• การทำงานในทุกช่วงความถี่ LoRaWAN 868/915/923MHz
• ติดแม่เหล็กบนพื้นผิวโลหะ
• อินเทอร์เฟซ RS485 (Modbus), อินพุตอะนาล็อก 4 ช่อง, เอาต์พุตดิจิตอล 2 ช่อง, เอาต์พุตดิจิตอล 1 ช่อง
• การเชื่อมต่อแบบปิดผนึกของสายเคเบิลอินเทอร์เฟซ
• ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียม AA 2 ก้อน แผงโซลาร์เซลล์ หรือแหล่งจ่ายไฟ 9~36V
• ระดับการป้องกัน IP66
• ทำงานที่อุณหภูมิ -40 ~ 75°C

สถานีฐาน LoRaWAN ฉลาด -6610

Advantech นำเสนออุปกรณ์ครบวงจรสำหรับการปรับใช้เครือข่าย LoRaWAN ส่วนตัว เกตเวย์ซีรีส์ ฉลาด -6610 ใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่สมัครสมาชิกเช่น ฉลาด -4610 и Wzzard LRPv2และการส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชัน กลุ่มผลิตภัณฑ์ประกอบด้วยรุ่นที่รองรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์สมาชิก 100 และ 500 เครื่องพร้อมกัน เกตเวย์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านอีเทอร์เน็ต และยังมีเวอร์ชันที่มีโมเด็ม 4G ในตัวให้เลือกใช้อีกด้วย รองรับโปรโตคอล MQTT และ Modbus สำหรับการส่งข้อมูลไปยังแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์

Техническиехарактеристики

• รองรับแบนด์ LoRaWAN ทั้งหมด
• การบริการพร้อมกันของอุปกรณ์สมาชิก 100 หรือ 500 เครื่อง
• การเชื่อมต่ออีเธอร์เน็ต
• ทางเลือก: โมเด็ม LTE ในตัว
• เซิร์ฟเวอร์/ไคลเอนต์ VPN ในตัว

ข้อสรุป

เทคโนโลยี LoRaWAN สมควรได้รับความสนใจอย่างมากจากโซลูชันทางอุตสาหกรรม และในปัจจุบันก็สามารถแก้ไขปัญหาทางธุรกิจมากมายได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่สำหรับลูกค้าส่วนใหญ่ LoRaWAN ยังคงเป็นเทคโนโลยีที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักและเข้าใจยาก เราเชื่อว่าในอนาคตอันใกล้นี้ จะแพร่หลายพอๆ กับเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบคลาสสิก ซึ่งจะช่วยให้ลูกค้าของเราใช้โซลูชัน Internet of Things แบบอัตโนมัติได้ง่ายขึ้น

ที่มา: will.com