LoRaWAN 是一項在物聯網解決方案領域迅速普及的技術。 同時，對於許多客戶來說，它仍然很少被研究並且充滿異國情調，這就是為什麼圍繞它有許多神話和誤解。 2018年，俄羅斯通過了LoRaWAN頻率使用立法修正案，擴大了未經許可使用該技術的可能性。 我們相信現在是開始使用這項技術解決實際業務問題的最佳時機。
在本文中，我們將了解 LoRaWAN 的基本原理、建立自己的網路和使用第三方供應商的選項，並討論我們支援 LoRaWAN 的產品。
什麼是LoRaWAN
LoRaWAN 是一組協議，為長距離運行的低功耗、低功耗設備定義實體和網路資料傳輸層。 縮寫LoRa的意思是Long Range，即長資料傳輸距離，WAN（Wide Area Network）的意思是該協定也描述了網路層。
與眾所周知的 GSM/3G/LTE/WiFi 無線通訊標準不同，LoRaWAN 最初設計用於同時服務大量低功耗用戶設備。 因此，主要強調的是抗干擾性、能效和範圍。 同時，最大資料傳輸速率僅限於每秒數千位元。
與蜂窩網路一樣，LoRaWAN 也有用戶設備和基地台。 用戶設備與基地台之間的通訊範圍可達10公里。 在這種情況下，訂戶設備通常由電池自供電，並且大部分時間處於節能模式，偶爾喚醒以與伺服器進行短期資料交換。 例如，水錶可以每隔幾天喚醒一次，並將當前消耗的水量值傳送到伺服器，並在其餘時間保持睡眠模式。 這種方法使得設備可以運行長達數年而無需更換電池。 LoRaWAN設備的任務是盡快從基地台發送/接收必要的數據，並為其他設備釋放無線電波，因此網路對無線電波佔用的時間有嚴格的規定。 設備僅在收到基地台的確認後才傳輸數據，這使您可以控制伺服器端電波的負載並隨著時間的推移均勻分佈數據交換會話。
LoRa 標準描述了物理層、訊號調變頻率範圍為 433 MHz、歐洲 868 MHz、澳洲/美國 915 MHz 和亞洲 923 MHz。 在俄羅斯，LoRaWAN 使用 868 MHz 頻段。
LoRaWAN 的工作原理
由於LoRaWAN在非授權範圍內運行，因此大大簡化了自有基地台網路的部署，在這種情況下無需依賴電信業者。 除了部署自己的網路外，您還可以使用現有營運商的網路。 LoRaWAN 供應商已遍布世界各地，最近開始出現在俄羅斯，例如營運商 到許多城市的 LoRaWAN 網路。
在俄羅斯，LoRaWAN通常工作在866-869 MHz範圍內，一台用戶設備佔用的最大頻道寬度為125 kHz。 這就是 Habra 用戶 Ruslan 記錄的頻譜圖上透過 LoRaWAN 協定進行的資料交換的樣子 納德爾辛在特別提款權的幫助下。
在俄羅斯，自 2018 年以來，通過了法律修正案，大幅減少了 868 MHz 頻率使用的限制。 您可以詳細閱讀俄羅斯監管 LoRaWAN 頻率的新立法規範 .
基地台 — 在 LoRaWAN 標準術語中稱為網關或集線器。 就用途而言，該設備類似於傳統行動蜂窩網路的基地台：終端設備與其連接並遵循其指令來選擇資料傳輸的通道、功率和時隙。 基地台連接到集中式軟體伺服器，該伺服器可以存取整個網路的整體狀態，處理頻率規劃等。
通常，LoRaWAN 基地台連接到固定電源並具有穩定的網際網路存取。 研華提供多種型號的 LoRaWAN 系列基地台 可容納 100 和 500 個用戶設備，並能夠透過乙太網路和 LTE 連接到網際網路。
使用者裝置 - 低功耗客戶端設備，通常是自供電的。 大多數時候它處於睡眠節能模式。 與遠端應用程式伺服器互動以傳輸/接收資料。 儲存用於在基地台和應用伺服器進行身份驗證的加密金鑰。 可能在幾個基地台的覆蓋範圍內。 嚴格遵守從基地台接收的空氣的工作規則。 裝置 研華 是模組化I/O終端，具有各種類比和數位輸入/輸出介面以及RS-485/232串行介面。
客戶可以部署自己的LoRaWAN基地台或使用第三方營運商的現有網絡
公共 LoRaWAN 網路
在該架構中，設備連接到第三方運營商的公共網路。 客戶只需購買訂戶設備並與提供者簽訂協議並接收存取網路的金鑰。 同時，客戶完全依賴營運商的覆蓋範圍。
請記住，公共 LoRaWAN 網路可能對設備可以佔用的通話時間有嚴格的限制，因此對於需要更頻繁數據交換的應用程序，此類網路可能不適合。
在發送資料之前，設備會要求傳輸許可，只有基地台回覆確認後，才會發生交換。
當使用第三方 LoRaWAN 網路時，用戶端使用其他人的基地台基礎設施，並取決於供應商的覆蓋範圍及其資料傳輸限制
例如，當在已經存在必要基礎設施的城市地區更換用戶設備時，這種方法很方便。 例如，用於在住宅大樓中安裝感測器並傳輸少量數據，用於收集電錶或用水量的數據。 此類設備可以每隔幾天傳輸一次資料。
私有 LoRaWAN 網路
客戶在部署專網時，自行安裝基地台並規劃覆蓋範圍。 當您需要完全控制網路或在運營商覆蓋範圍不存在的站點時，此方法非常方便。
在專用網路中，客戶可以完全控制基礎設施
在該架構中，客戶對部署基地台的設備進行一次性投資，不再依賴服務和第三方營運商。 此選項適用於在偏遠農業站點、生產設施等建立網路。 擁有自己的網路可以更輕鬆地擴展現有基礎設施、增加覆蓋範圍、訂戶設備數量和傳輸資料量。
使用者 I/O 終端
Техническиехарактеристики
- 適用於全球所有 LoRaWAN 頻段的版本
- 與底座通訊範圍 長達 5 公里
- 用於連接的擴充模組 週邊設備
- 內建的 4000mAh電池
- GPS模塊 （伽利略/北斗/格洛納斯）
- IP65防護等級
- USB程式設計
系列設備 是用於將各種週邊設備連接到 LoRaWAN 網路的模組化終端。 在它們的幫助下，您可以從任何數位和類比感測器（例如溫度計、濕度計、氣壓計、加速度計等）收集數據，並透過 RS-232/485 介面控制其他裝置。 它內建4000mA電池，可自主運作長達六個月。 與太陽能電池板集成為電池充電。 內建 GPS 接收器可讓您精確確定設備的位置，從而簡化核算和安裝：無需先輸入資料庫即可安裝設備，安裝後根據接收到的座標自動連結到物件。
編程和配置透過常規USB介面進行，不需要額外的控制器和編程器，因此可以使用筆記型電腦在現場完成。
介面模組
一組用於連接外部設備的接口 ，是使用從下面連接的介面模組來實現的。 至一台終端 可連接12個介面模組。 根據客戶的任務，這些可以是數位或類比輸入/輸出，或串行介面。 接口觸點由帶有 MXNUMX 螺紋連接的密封連接器保護。
- — 4 個類比輸入和 4 個數位輸入
- WISE-S615-A - 6 通道 RTD（電阻溫度偵測器）溫度計
- WISE-S617-A - 6 個數位輸入，2 個 RS-232/485 串列介面
Wzzard LRPv2 系列感測器
BB系列感測器 這些 LoRaWAN 用戶設備專為惡劣環境中的資料收集而設計，並且可快速安裝。 它們具有磁性底座，無需額外的緊固件即可牢固地固定在金屬表面上，使您可以快速部署由許多設備組成的網路。 位於側面的密封介面連接器設計用於連接外部周邊設備和感測器。
Техническиехарактеристики
- 在所有頻率範圍內運行 LoRaWAN 868/915/923MHz
- 磁性安裝在金屬表面
- 介面 RS485 (Modbus)、4 個類比輸入、2 個數位輸出、1 個數位輸出
- 介面電纜的密封連接
- 由2顆AA鋰電池、太陽能板或9~36V電源供電
- 防護等級IP66
- 工作溫度-40 ~ 75°C
LoRaWAN 基地台
研華提供部署專用 LoRaWAN 網路的全系列設備。 網路關係列 用於連接訂閱者設備，例如 и ，並將資料傳輸至應用程式伺服器。 該系列包括支援同時連接 100 和 500 個訂戶設備的型號。 此網關透過乙太網路連接到網際網路；也提供內建 4G 數據機的版本。 支援MQTT和Modbus協定將資料傳輸到應用伺服器。
Техническиехарактеристики
- 支援所有 LoRaWAN 頻段
- 同時為 100 或 500 個訂戶設備提供服務
- 乙太網路連接
- 可選：內建 LTE 調變解調器
- 內建 VPN 伺服器/用戶端
結論
LoRaWAN技術當之無愧地在工業解決方案中引起了廣泛關注，如今它可以有效解決許多業務問題。 但對大多數客戶來說，LoRaWAN 仍然是一項鮮為人知且難以理解的技術。 我們相信，在不久的將來，它將像經典蜂窩網路一樣廣泛普及，這將使我們的客戶能夠更輕鬆地實施自主物聯網解決方案。
來源： www.habr.com