ملاحظات موفر إنترنت الأشياء. LoRaWAN و RS-485

مرحبا عزيزي انترنت عشاق الاشياء. أواصل سلسلة مقالاتي.

لذا ، تعلمنا كيفية العمل مع خرج النبض للعدادات والتشفير المتقن. ما هي الخطوة التالية؟ الجواب واضح. RS-485.

القليل من النظرية. RS-485 (المعيار الموصى به) عبارة عن واجهة طبقة مادية غير متزامنة. اكتسب شعبية هائلة على الإنترنت الصناعي ، بدءا من المرافق وانتهاء بمصانع ومؤسسات مختلفة.

من حيث المبدأ ، سيتم تجهيز أي مقياس تقريبًا لا يعطينا واحدًا ، ولكن العديد من المعلمات ، على الأرجح ، مع RS-485. أقل شيوعًا ، RS-232 أو M-Bus ، ولكن الآن دعنا نتركهم جانبًا ونحلل المثال الأكثر كشفًا. بتعبير أدق ، مشاكل في العمل معه.

مشكلة السرعة

RS-485 هو معيار سلكي. لورا - لاسلكي. من المنطقي أنه يجب أن يكون هناك جهاز معين قادر على تكوين صداقات معهم.

حسنًا. تقريبا كل مصنع للطرف في الخط لديه وحدة راديو مع دعم RS-485. تعمل على مبدأ قناة شفافة. يتم حزم جميع الحزم التي تمر عبر السلك كحمولة من حزم LoRaWAN وإرسالها إلى الإرسال. أو يتم استقبالها وتحويلها إلى نبضات كهربائية.

وهذه هي المشكلة الأولى. RS-485 هي واجهة عالية السرعة. الحزم عليها تسير بسرعة عدة كيلو بت / ثانية أو حتى عدة عشرات. على سبيل المثال ، إحدى سرعات Modbus النموذجية هي 9.6 كيلوبت / ثانية.

LoRa ، حتى مع أفضل SF = 7 (125 كيلو هرتز ، 4/5) سيضغط 5.5 كيلو بت / ثانية. مع ارتفاع SF سيكون هناك أقل.

وهذا يعني أن مسح قيم بعض العدادات الكهربائية لن يستغرق ثواني ولا حتى عشرات الثواني. ستستمر النتيجة لمدة دقائق. وهذا مع وقت انتظار معدّل بشكل صحيح. إذا تركت الإعدادات الافتراضية ، فسينتهي استطلاعك على الأرجح بخطأ انتهاء المهلة. أنا صامت بشأن القيود المفروضة على طول حزم LoRaWAN. هناك مشكلة فقط.

مشكلة الاقتراع

مع مخرجات النبض ، كل شيء بسيط. نحسب البقول ونضربها في سعر القسمة ونحصل على قراءة العداد. يمكن لأي واجهة بسيطة التعامل مع هذا. وستكون هذه الواجهة ، بالإضافة إلى البساطة ، أكثر عالمية.

مع RS-485 ، كل شيء أسوأ بكثير. والمثير للدهشة أن الكثيرين لا يفهمون شيئًا مهمًا واحدًا.
RS-485 ليس بروتوكول تبادل! لا يحدد تنسيق الحزم التي تدخل بداخله. في الواقع ، إنها مجرد وسيلة انتقال. يتم تحديد الخصائص الكهربائية والزمنية للواجهة فقط. هذا كل شيء! يجب تفكيك كل شيء في الأعلى بشكل منفصل.

وهناك شيء لتفكيك! على رأس بيئتنا ، يمكن لكل مصنع أن يختتم ما يريد. حسنًا ، أو ما اتضح أنه مناسب له شخصيًا. على سبيل المثال ، سيتواصل معنا مقياس الحرارة VKT-7 من خلال ModBus. و Energomera - من خلال GOST R IEC 61107-2001.

هذه كلها بروتوكولات متراكبة على وسط الإرسال من الأعلى ولها مستوى أعلى. يحتوي كل بروتوكول على تكوينه الخاص للإطار ، ويتطلب من فرقه الخاصة تنفيذ إجراءات معينة ، ويوفر تخزينًا مختلفًا (وبالتالي الاقتراع) للقيم. لذلك ، يحتاج كل جهاز إلى البرنامج النصي للاستطلاع الخاص به. علاوة على ذلك ، حتى في إطار بروتوكول واحد (نفس ModBus) ، سيختلف هذا البرنامج النصي من جهاز لآخر.

البروتوكولات نفسها ليست سرا ، وفي معظمها ، مفتوحة. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يحتوي موقع الويب لكل مصنع على أداة مساعدة مجانية يمكنك من خلالها استجواب الأجهزة. لكن هذه المرافق ليست عالمية ومحددة لمصنع واحد. ونتذكر أن لدينا دائمًا حديقة حيوان للأجهزة. ولوضع عدة برامج على العميل في نفس الوقت ... حسنًا ، هذا ليس مناسبًا جدًا.

هناك طريقتان للخروج. أو اكتب شيئًا خاصًا بك. أو خذ برنامجًا تم فيه تجميع نصوص الاقتراع للأجهزة الأكثر شيوعًا. هناك العديد من الحلول الجاهزة في السوق ، على سبيل المثال ، "LERS-accounting" أو "YaEnergetik". لكنهم يدفعون ويكلفون أموالًا جيدة. وكذلك تطوير برمجياتها.

بالإضافة إلى ذلك ، إذا كنا نتحدث عن الإنترنت الصناعي (أي أننا نتجاوز إطار الإسكان والخدمات المجتمعية) ، فلن تساعدك الحلول الشاملة الجاهزة. كيف تكون

مستحيل.

إذا كنت لا تزال تخطط للاقتراع من خلال LoRa عبر قناة شفافة ، فستظل تواجه حدود السرعة والمهلة. قد لا يحدث ذلك على الفور وليس مع الجهاز الأول ، ولكنه سيحدث.

مشكلة قياسية

بالإضافة إلى كل المشاكل ، لدينا واحدة أخرى. لأن يشير RS-485 إلى أنه يمكننا الاتصال بالجهاز في أي وقت ، ويجب أن تكون وحدة الراديو LoRa بدعمها من الفئة C. أي الاستماع دائمًا إلى البث والاستعداد للإجابة.

دعني أذكرك بأن الفئة C لا تعني طاقة البطارية ، ولكن المشكلة ليست خطيرة. عادةً ما يكون RS-485 هو المكان الذي يمكن فيه الحصول على الطاقة الخارجية.

الأسوأ هو شيء آخر.

بموجب القانون ، يمكننا العمل في نطاقي تردد. هل تتذكر حد 864-865 ميجاهرتز؟ ليس أكثر من 0.1٪ من الوقت على الهواء؟ هذا يعني أن كل جهاز يتم التقاطه بشكل منفصل يمكن أن يكون على الهواء ، على سبيل المثال ، لا يزيد عن 3.6 ثانية في الساعة. ولكن خلال هذا الوقت ، في SF = 12 لن ندفع حتى ثلاث حزم.

يمكنك محاولة ضغط الحد الأقصى من القنوات 868.7-869.2. ومع ذلك ، هناك قيود أخرى على المعايير الإقليمية لمواصفات LoRaWAN تدخل حيز التنفيذ هنا - ليس أكثر من 1 في المائة من وقت البث لكل جهاز طرفي (دورة العمل). حسنًا ، أسهل بالفعل ، 36 ثانية. فقط المعنى لا يزال غير حقيقي.

في مرحلة ما ، يمكننا أن نقول - حسنًا ، هؤلاء الهراء! سأجلس على الهواء طالما كان ذلك ضروريا! ولكن بعد ذلك يبدو:

مشكلة قدرة الأثير

LoRa ليس عبثا تبادل الحزم القصيرة والنادرة. في الواقع ، تم بناء المعيار بأكمله حول هذا. من الضروري أن يستغرق كل جهاز أقل وقت ممكن على الهواء. ثم سنقلل من مخاطر الاصطدام وسنكون قادرين على تحقيق تلك الكثافة الرائعة لعدة آلاف من الوحدات المشعة لكل BS. ماذا سيحدث إذا خربت وحدة راديو واحدة في حزم مثل مدفع رشاش؟ ترددها مشغول في وقت الإرسال. وفي وقت الإجابة ، تكون جميع الترددات مشغولة منذ ذلك الحين لا تسمع محطة القاعدة أي شيء عندما ترسل نفسها.

بالطبع ، لم يقم أحد بإلغاء الأعمال المتراكمة لزيادة السعة. على سبيل المثال إذا كان هناك محطتان BSs في منطقة التغطية لوحدة راديو واحدة ، سيستمر أحدهما في الاستجابة ، وقد يسمع الثاني حزمة أخرى. ومع ذلك ، الأثير ليس المطاط. إذا كانت كل وحدة راديو ستستغرق دقيقة واحدة لتبادل الحزم ، في غضون ساعة لا يمكننا تعليق أكثر من 60 جهازًا طرفيًا لكل محطة BS ، وهذا يخضع لغياب التصادمات. القليل جدًا ، خاصة إذا كنت تتذكر أن نصف قطر عمل كل محطة BS في المدينة يبلغ حوالي 2 كم ، أو ربما أكثر.

إذن لا؟

اتضح أن شبكة LoRaWAN الخاصة بنا تقتصر فقط على الأجهزة ذات خرج النبض وأنظمة المراقبة ، أين يتم تسجيل حقيقة الرحلة؟

لا.

لقد حاولنا للتو استخدام مفهوم إنترنت الناس حيث لا يمكن القيام بذلك. موافق ، من المعتاد أن نستخدم قناة إنترنت ثابتة بشكل مفرط. على سبيل المثال ، افتح مقطع فيديو واحصل على مخزون في المخزن المؤقت ولا تشاهده. على سبيل المثال ستمر حركة المرور ، ولكن في الواقع لن يتم استخدامها.

ومع ذلك ، كل شيء مختلف هنا. لدينا القليل من السرعة ، ولا وقت على الهواء أيضًا. يجب استخدامه باعتدال. ما رأيك؟

الجواب على السطح. لا تدفع مجموعة من حركة المرور العامة للبروتوكول عبر RS-485 عبر LoRa.

يمكن تنزيل البرنامج النصي للاستطلاع إلى وحدة الراديو نفسها. سوف يستجوب العداد على الفور بتردد معين ويرسل لنا فقط قيمًا جافة ومتفق عليها مسبقًا.

هذه الطريقة لها سلبيات:

• تتطلب وحدة الراديو هذه موارد حوسبة معينة. هذه ليست مشكلة كبيرة على المستوى الحالي لتطوير التكنولوجيا.
• تستهلك وحدة الراديو هذه المزيد من الطاقة. ولكن في حالة وجود قناة شفافة ، فإننا مضطرون لاستخدام الفئة C ، التي لا تعيش أيضًا على البطاريات. هذا ما هو عليه.

لكننا نحصل على جميع المعلومات التي نحتاجها في حزم 2-3. وبعد ذلك سوف يتناسب كل شيء مع واحد ، إذا كنت بحاجة إلى عدة معلمات حرفيا. في الواقع ، غالبًا ما يحدث أننا لسنا بحاجة إلى تمرير ALL ، وهي مجموعة محدودة من القيم.

يمكن لوحدة الراديو إرسال البيانات ، على سبيل المثال ، مرة واحدة في الساعة. وعلى جانب الخادم ، سنقوم بتخزينها. إذا كنت بحاجة إلى الوصول إلى الأرشيف ، فلن يضطر الخادم حتى إلى استطلاع الجهاز.

بالطبع ، تحتاج إلى نوع من وحدة الراديو العالمية التي يتم تحميل البرامج النصية المختلفة فيها. وواجهة قادرة على إدراك هذه المعلومات. هذه ليست طريقة سهلة ، لكنها فقط تلبي جميع المتطلبات والقيود.

في الوقت الحالي ، يأتي المزيد من الشركات المصنعة لهذا القرار. تحضّر Vega أجهزة مماثلة ؛ مثل icbcom و ORION M2M وغيرها بالفعل.

لأن إذا استخدمنا واجهة مكتوبة ذاتيا ، فلدينا تطورات مماثلة. في مرحلة ما ، أصبح من الواضح أنه إذا لم نتعمق ، فلن نتمكن من العمل ببساطة.

بالإضافة إلى الحيل مع توفير حركة المرور ، ما زلنا بحاجة إلى شبكة جيدة تعمل فيها الأجهزة على الأقل SF وسرعة قصوى. أؤكد - ليس مثل هذه الشبكة حيث جميع الأجهزة مع SF = 7. ما زلت لن تحقق ذلك.

مثل هذه الشبكة التي تسعى SF = 7. وهذا يعني التخطيط المختص و ADR.

عند الإخراج ، نحصل على سرعات كافية لحزم الحزم ، ولا يزال هناك عدد كبير من وحدات الراديو لكل BS والقدرة على العمل مع واجهات بمستوى أعلى من خرج النبض. الذي كان مطلوبا.

زملاء PS ، أنا ممتن للجميع على ملاحظاتهم. أخبرني ، هل ما زلت مهتمًا بالتعرف على LoRaWAN أو إنترنت الأشياء؟ يمكن أن تكتب الإجابات لي في PM أو في التعليقات. للطلبات الأكثر إثارة للاهتمام أو ضخمة ، سيتم نشر المقالات.