LoRaWAN es una tecnología que está ganando popularidad rápidamente en el campo de las soluciones de IoT. Al mismo tiempo, para muchos clientes sigue siendo poco conocido y exótico, por lo que existen muchos mitos y conceptos erróneos. En 2018, se adoptaron enmiendas a la legislación sobre el uso de las frecuencias LoRaWAN en Rusia, lo que amplía las posibilidades de usar esta tecnología sin una licencia. Creemos que ahora es el mejor momento para comenzar a usar esta tecnología para resolver problemas comerciales reales.
En este artículo, consideraremos los principios básicos de LoRaWAN, las opciones para construir su propia red y utilizar proveedores externos, y también hablaremos sobre nuestros productos que admiten LoRaWAN.
¿Qué es LoRaWAN?
LoRaWAN es un conjunto de protocolos que definen las capas físicas y de transmisión de datos de red para dispositivos de baja potencia y baja potencia, que operan a largas distancias. La abreviatura LoRa significa Largo alcance, es decir, grandes distancias de transmisión de datos, y WAN (Red de área amplia) significa que el protocolo también describe la capa de red.
A diferencia de los conocidos estándares inalámbricos GSM / 3G / LTE / WiFi, LoRaWAN se diseñó originalmente para servir simultáneamente a una gran cantidad de dispositivos de abonado de baja potencia. Por lo tanto, el énfasis principal está en la inmunidad a la interferencia, la eficiencia energética y el rango. Al mismo tiempo, las velocidades máximas de transferencia de datos se limitan a solo unos pocos kilobits por segundo.
Al igual que una red celular, LoRaWAN tiene dispositivos de suscriptor y estaciones base. El rango de comunicación de la unidad de abonado con la estación base puede alcanzar los 10 km. Al mismo tiempo, los dispositivos de suscriptor suelen tener una batería autónoma y la mayoría de las veces están en modo de ahorro de energía, y se despiertan ocasionalmente para un intercambio de datos a corto plazo con el servidor. Entonces, por ejemplo, los medidores de agua pueden despertarse cada pocos días y transmitir el valor actual del volumen de agua consumido al servidor, y el resto del tiempo están en modo de suspensión. Este enfoque le permite obtener dispositivos que funcionan hasta varios años sin la necesidad de reemplazar las baterías. La tarea de los dispositivos LoRaWAN es transferir / recibir los datos necesarios lo más rápido posible desde la estación base y liberar el aire para otros dispositivos, por lo tanto, existen reglas estrictas en la red para el tiempo que se toma en el aire. Los dispositivos transmiten datos solo después de recibir la confirmación de la estación base, esto le permite controlar la carga en el aire desde el servidor y distribuir uniformemente las sesiones de intercambio de datos a tiempo.
El estándar LoRa describe la capa física, la modulación de la señal en los rangos de frecuencia 433 MHz, 868 MHz en Europa, 915 MHz en Australia / América y 923 MHz en Asia. En Rusia, la banda Lo685 MHz se utiliza para LoRaWAN.
Cómo funciona LoRaWAN
Como LoRaWAN opera en el rango sin licencia, esto simplifica enormemente el despliegue de su propia red con estaciones base, en cuyo caso no necesita depender de los operadores de telecomunicaciones. Además de implementar su propia red, puede usar las redes de los operadores existentes. Los proveedores de LoRaWAN ya existen en todo el mundo y recientemente han comenzado a aparecer en Rusia, por ejemplo, el operador
Er-Telecom ya ofrece conexión a su red LoRaWAN en muchas ciudades.
En Rusia, LoRaWAN generalmente opera en el rango de 866-869 MHz, el ancho de canal máximo ocupado por una unidad de abonado es de 125 kHz. Así es como se ve el intercambio de datos utilizando el protocolo LoRaWAN en el espectrograma registrado por el usuario del concentrador Ruslan
ElectricFromUfa Nadyrshin con la ayuda de SDR.
Desde 2018, Rusia ha adoptado enmiendas a las leyes que reducen significativamente las restricciones sobre el uso de frecuencias de 868 MHz.
En este artículo se pueden encontrar detalles sobre las nuevas regulaciones legislativas que rigen las frecuencias de LoRaWAN en Rusia.
Estación base : en la terminología de los estándares LoRaWAN, se denomina puerta de enlace o concentrador. A propósito, este dispositivo es similar a las estaciones base de las redes celulares móviles convencionales: los dispositivos finales están conectados a él y siguen sus instrucciones para seleccionar canales, alimentación y ranuras de tiempo para la transmisión de datos. Las estaciones base están conectadas a un servidor de software centralizado que tiene acceso al estado de toda la red en su conjunto, se dedica a la planificación de frecuencias, etc.
Por lo general, las estaciones base LoRaWAN están conectadas a la alimentación estacionaria y tienen acceso estable a Internet. Advantech ofrece varios modelos de estaciones base LoRaWAN de la serie
WISE-6610 con una capacidad de 100 y 500 unidades de suscriptores, y la capacidad de conectarse a Internet a través de Ethernet y LTE.
Dispositivo de abonado : un dispositivo cliente de bajo consumo, generalmente con alimentación autónoma. La mayoría de las veces está en modo de suspensión, modo de ahorro de energía. Interactúa con un servidor de aplicaciones remoto para transmitir / recibir datos. Almacena las claves de cifrado para la autenticación en la estación base y el servidor de aplicaciones. Puede estar en el rango de varias estaciones base. Cumple estrictamente con las reglas para trabajar en el aire recibido de la estación base.
Los dispositivos
Advantech WISE-4610 son terminales de E / S modulares, con una variedad de E / S analógicas y digitales e interfaces seriales RS-485/232.
El cliente puede desplegar sus estaciones base LoRaWAN o usar redes existentes de operadores externosRed pública LoRaWAN
En esta arquitectura, los dispositivos están conectados a la red pública de un operador externo. El cliente necesita comprar solo dispositivos de suscriptor y concluir un acuerdo con el proveedor, obtener las claves para acceder a la red. Además, el cliente depende completamente de la cobertura del operador.
Debe tenerse en cuenta que en la red pública de LoRaWAN puede haber restricciones estrictas sobre el tiempo de emisión que el dispositivo puede ocupar, por lo tanto, para aplicaciones donde se necesita un intercambio de datos más frecuente, tales redes pueden no ser adecuadas.
Antes de enviar datos, el dispositivo solicita permiso para transmitir, y solo si la estación base responde con la confirmación, se realizará el intercambio.
Cuando se utiliza una red LoRaWAN de terceros, el cliente utiliza la infraestructura de la estación base de otra persona y depende de la cobertura del proveedor y sus restricciones de transferencia de datos.Este enfoque es conveniente, por ejemplo, cuando se reemplazan dispositivos de suscriptor en áreas urbanas, donde ya existe la infraestructura necesaria. Por ejemplo, para instalar sensores en edificios residenciales y con una pequeña cantidad de datos transmitidos, para recopilar datos de medidores de electricidad o agua. Dichos dispositivos pueden transmitir datos una vez cada pocos días.
Red privada LoRaWAN
Al implementar una red privada, el cliente instala de forma independiente las estaciones base y planifica la cobertura. Este enfoque es conveniente cuando necesita control total sobre la red o en sitios donde no hay cobertura del operador.
En una red privada, el cliente controla completamente la infraestructura.En esta arquitectura, el cliente invierte una vez en equipos para el despliegue de estaciones base y luego no depende de servicios y operadores externos. Esta opción es adecuada para construir una red en instalaciones agrícolas remotas, producción, etc. La red propia facilita escalar la infraestructura existente, aumentar la cobertura, la cantidad de dispositivos de suscriptor y la cantidad de datos transmitidos.
Terminales de entrada / salida de abonado WISE-4610
Especificaciones técnicas- Versiones para todos los rangos de frecuencia mundial LoRaWAN
- Rango de comunicación con la base hasta 5 km.
- Módulos de expansión para conectar dispositivos periféricos
- Batería incorporada de 4000 mAh
- Módulo GPS (Galileo / BeiDou / GLONASS)
- Protección IP65
- Programacion USB
La serie
WISE-4610 es un terminal modular para conectar varios dispositivos periféricos a la red LoRaWAN. Con su ayuda, puede recopilar datos de cualquier sensor digital y analógico, como termómetros, higrómetros, barómetros, acelerómetros, etc., controlar otros dispositivos a través de interfaces RS-232/485. Tiene una batería incorporada de 4000 mA, que puede funcionar de forma independiente por hasta seis meses. Se integra con paneles solares para cargar la batería. El receptor GPS incorporado le permite determinar con precisión la ubicación del dispositivo, lo que simplifica la contabilidad y la instalación: los dispositivos se pueden montar sin ingresar primero a la base de datos y, después de la instalación, se unen automáticamente al objeto en función de las coordenadas recibidas.
La programación y configuración se realiza a través de la interfaz USB habitual y no requiere controladores y programadores adicionales, por lo que se puede hacer en el sitio usando una computadora portátil.
Módulos de interfaz
Se implementa un conjunto de interfaces para conectar dispositivos externos al
WISE-4610 utilizando módulos de interfaz que se conectan desde la parte inferior. Un terminal
WISE-4610 puede conectar un módulo de interfaz. Dependiendo de las tareas del cliente, estas pueden ser entradas / salidas digitales o analógicas, o interfaces seriales. Los contactos de la interfaz están protegidos por un conector hermético con una conexión roscada M12.
- WISE-S614-A - 4 entradas analógicas y 4 entradas digitales
- WISE-S615-A - 6 canales para termómetro tipo RTD (Detector de temperatura de resistencia)
- WISE-S617-A - 6 entradas digitales, 2 interfaces seriales RS-232/485
Sensor de la serie Wzzard LRPv2
Los sensores de la serie BB
Wzzard LRPv2 son unidades de abonado
LoRaWAN diseñadas para recopilar datos en condiciones difíciles y diseñadas para una instalación rápida. Tienen una base magnética y se pueden montar de forma segura en superficies metálicas sin sujetadores adicionales, lo que le permite implementar rápidamente una red de múltiples dispositivos. Un conector de interfaz sellado, ubicado en el lateral, está diseñado para conectar periféricos y sensores externos.
Especificaciones técnicas- Trabaja en todos los rangos de frecuencia de LoRaWAN 868/915 / 923MHz
- Montaje magnético sobre superficie metálica.
- Interfaces RS485 (Modbus), 4 entradas analógicas, 2 salidas digitales, 1 salida digital
- Conexión de cable de interfaz apretada
- Funcionamiento con 2 baterías de litio AA, paneles solares o fuente de alimentación de 9 ~ 36V
- IP66
- Operación a -40 ~ 75 ° C
Estaciones base LoRaWAN WISE-6610
Advantech ofrece una gama completa de dispositivos para implementar la red privada de LoRaWAN. Las puertas de enlace de la serie
WISE-6610 se utilizan para conectar dispositivos de suscriptor, como
WISE-4610 y
Wzzard LRPv2 , y transferir datos al servidor de aplicaciones. La línea contiene modelos que admiten simultáneamente la conexión de 100 y 500 dispositivos de suscriptor. La puerta de enlace está conectada a Internet a través de Ethernet; también hay disponibles versiones con un módem 4G incorporado. Soporte para protocolos MQTT y Modbus para transferir datos al servidor de aplicaciones.
Especificaciones técnicas- Soporte para todas las gamas de LoRaWAN
- Servicio simultáneo de 100 o 500 unidades de suscriptor
- Conexión Ethernet
- Opcional: módem LTE incorporado
- Servidor / cliente VPN incorporado
Conclusión
La tecnología LoRaWAN merecidamente atrae mucha atención en el entorno de soluciones industriales, y hoy ya es posible resolver de manera efectiva muchos problemas comerciales. Pero para la mayoría de los clientes, LoRaWAN sigue siendo una tecnología poco conocida y oscura. Creemos que en un futuro cercano estará tan extendido como las redes celulares clásicas, lo que facilitará a nuestros clientes la implementación de soluciones independientes de Internet de las cosas.