LoRaWAN ist eine Technologie, die im Bereich der IoT-Lösungen immer beliebter wird. Gleichzeitig bleibt es für viele Kunden schlecht verstanden und exotisch, weshalb es viele Mythen und Missverständnisse gibt. 2018 wurden in Russland Änderungen der Gesetzgebung zur Nutzung von LoRaWAN-Frequenzen verabschiedet, die die Möglichkeiten zur Nutzung dieser Technologie ohne Lizenz erweitern. Wir glauben, dass jetzt der beste Zeitpunkt ist, diese Technologie für die Lösung realer Geschäftsprobleme einzusetzen.
In diesem Artikel werden die Grundprinzipien von LoRaWAN, die Möglichkeiten zum Aufbau eines eigenen Netzwerks und die Verwendung von Drittanbietern sowie unsere Produkte zur Unterstützung von LoRaWAN behandelt.
Was ist LoRaWAN?
LoRaWAN ist eine Reihe von Protokollen, die die physischen und Netzwerkdatenübertragungsschichten für Geräte mit geringem Stromverbrauch und geringem Stromverbrauch definieren, die über große Entfernungen betrieben werden. Die Abkürzung LoRa bedeutet Long Range, dh große Datenübertragungsentfernungen, und WAN (Wide Area Network) bedeutet, dass das Protokoll auch die Netzwerkschicht beschreibt.
Im Gegensatz zu den bekannten Mobilfunkstandards GSM / 3G / LTE / WiFi wurde LoRaWAN ursprünglich entwickelt, um eine große Anzahl von Teilnehmern mit geringem Stromverbrauch gleichzeitig zu bedienen. Daher liegt der Schwerpunkt auf Störfestigkeit, Energieeffizienz und Reichweite. Gleichzeitig sind die maximalen Datenübertragungsraten auf wenige Kilobit pro Sekunde begrenzt.
LoRaWAN verfügt wie ein Mobilfunknetz über Teilnehmergeräte und Basisstationen. Die Kommunikationsreichweite der Teilnehmereinheit mit der Basisstation kann 10 km betragen. Gleichzeitig verfügen Teilnehmergeräte in der Regel über eine autonome Batterieleistung und befinden sich zumeist im Energiesparmodus, wobei sie gelegentlich für einen kurzfristigen Datenaustausch mit dem Server aufgeweckt werden. So können beispielsweise Wasserzähler alle paar Tage aufwachen und den aktuellen Wert des verbrauchten Wasservolumens an den Server senden, während sie sich für den Rest der Zeit im Schlafmodus befinden. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen, Geräte zu erhalten, die mehrere Jahre lang funktionieren, ohne dass die Batterien ausgetauscht werden müssen. Die Aufgabe von LoRaWAN-Geräten besteht darin, die erforderlichen Daten so schnell wie möglich von der Basisstation zu übertragen / zu empfangen und die Luft für andere Geräte freizugeben. Daher gelten im Netzwerk strenge Regeln für die Dauer der Übertragung. Geräte übertragen Daten erst, nachdem sie eine Bestätigung von der Basisstation erhalten haben. Auf diese Weise können Sie die Auslastung des Servers steuern und die Datenaustausch-Sitzungen zeitlich gleichmäßig verteilen.
Der LoRa-Standard beschreibt die physikalische Schicht, Signalmodulation in den Frequenzbereichen 433 MHz, 868 MHz in Europa, 915 MHz in Australien / Amerika und 923 MHz in Asien. In Russland nutzt LoRaWAN das 868-MHz-Band.
So funktioniert LoRaWAN
Da LoRaWAN im nicht lizenzierten Bereich betrieben wird, vereinfacht dies die Bereitstellung eines eigenen Netzwerks mit Basisstationen erheblich. In diesem Fall müssen Sie nicht auf Telekommunikationsbetreiber angewiesen sein. Sie können nicht nur Ihr eigenes Netzwerk bereitstellen, sondern auch die Netzwerke der vorhandenen Netzbetreiber verwenden. LoRaWAN-Anbieter gibt es bereits auf der ganzen Welt und sind seit kurzem in Russland vertreten. So bietet der Betreiber
Er-Telecom in vielen Städten
bereits Verbindungen zu seinem LoRaWAN-Netz an.
In Russland arbeitet LoRaWAN normalerweise im Bereich von 866 bis 869 MHz, die maximale Kanalbreite, die von einer Teilnehmereinheit belegt wird, beträgt 125 kHz. So sieht der Datenaustausch mit dem LoRaWAN-Protokoll auf dem Spektrogramm aus, das der Hub-Benutzer Ruslan
ElectricFromUfa Nadyrshin mit Hilfe von SDR aufgezeichnet hat.
Russland hat seit 2018 Gesetzesänderungen verabschiedet, die die Nutzungsbeschränkungen für Frequenzen von 868 MHz erheblich reduzieren. Details zu den neuen gesetzlichen Bestimmungen für die Frequenzen von LoRaWAN in Russland finden Sie
in diesem Artikel .
Basisstation - In der Terminologie der LoRaWAN-Standards wird sie als Gateway oder Hub bezeichnet. Dieses Gerät ähnelt absichtlich den Basisstationen herkömmlicher Mobilfunknetze: Endgeräte sind mit ihm verbunden und befolgen die Anweisungen zur Auswahl von Kanälen, Leistung und Zeitschlitzen für die Datenübertragung. Basisstationen sind mit einem zentralen Softwareserver verbunden, der Zugriff auf den Status des gesamten Netzwerks hat, an der Frequenzplanung usw. beteiligt ist.
Normalerweise sind LoRaWAN-Basisstationen an eine stationäre Stromversorgung angeschlossen und verfügen über einen stabilen Internetzugang. Advantech bietet verschiedene Modelle von LoRaWAN-Basisstationen der
WISE-6610- Serie mit einer Kapazität von 100 und 500 Teilnehmern sowie die Möglichkeit, über Ethernet und LTE eine Verbindung zum Internet herzustellen.
Teilnehmergerät - ein Client-Gerät mit geringem Stromverbrauch, normalerweise mit autonomer Stromversorgung. Die meiste Zeit ist im Energiesparmodus. Interagiert mit einem Remote-Anwendungsserver zum Senden / Empfangen von Daten. Speichert Verschlüsselungsschlüssel zur Authentifizierung auf der Basisstation und dem Anwendungsserver. Es kann im Bereich mehrerer Basisstationen liegen. Befolgt genau die Regeln für Arbeiten an der Luft, die von der Basisstation empfangen werden.
Advantech WISE-4610- Geräte sind modulare E / A-Terminals mit einer Vielzahl von analogen und digitalen E / A- und seriellen RS-485/232-Schnittstellen.
Der Kunde kann seine LoRaWAN-Basisstationen bereitstellen oder vorhandene Netze von Drittanbietern nutzenLoRaWAN öffentliches Netzwerk
In dieser Architektur werden Geräte an das öffentliche Netzwerk eines Drittanbieters angeschlossen. Der Kunde muss nur Teilnehmergeräte kaufen und eine Vereinbarung mit dem Anbieter abschließen, um die Schlüssel für den Zugriff auf das Netzwerk zu erhalten. Darüber hinaus ist der Kunde vollständig von der Netzbetreiberdeckung abhängig.
Es ist zu beachten, dass es im öffentlichen LoRaWAN-Netzwerk strenge Einschränkungen hinsichtlich der Sendezeit des Geräts geben kann. Daher sind solche Netzwerke für Anwendungen, bei denen ein häufigerer Datenaustausch erforderlich ist, möglicherweise nicht geeignet.
Vor dem Senden von Daten bittet das Gerät um die Erlaubnis zum Senden. Nur wenn die Basisstation mit einer Bestätigung antwortet, findet der Austausch statt.
Bei Verwendung eines LoRaWAN-Netzwerks eines Drittanbieters verwendet der Client die Basisstationsinfrastruktur eines anderen Anbieters und ist abhängig von der Netzabdeckung und den Einschränkungen für die DatenübertragungDieser Ansatz ist zum Beispiel praktisch, wenn Teilnehmergeräte in städtischen Gebieten ausgetauscht werden, in denen die erforderliche Infrastruktur bereits vorhanden ist. Zum Beispiel zur Installation von Sensoren in Wohngebäuden und mit einer geringen Menge übertragener Daten, um Daten von Strom- oder Wasserzählern zu sammeln. Solche Geräte können alle paar Tage einmal Daten übertragen.
Privates Netzwerk LoRaWAN
Bei der Bereitstellung eines privaten Netzwerks installiert der Kunde selbstständig Basisstationen und plant die Abdeckung. Dieser Ansatz ist praktisch, wenn Sie die vollständige Kontrolle über das Netzwerk benötigen oder an Standorten, an denen kein Netzbetreiber verfügbar ist.
In einem privaten Netzwerk kontrolliert der Kunde die Infrastruktur vollständigIn dieser Architektur investiert der Kunde einmalig in Geräte für den Einsatz von Basisstationen und ist dann nicht mehr auf Dienste und Drittanbieter angewiesen. Diese Option eignet sich zum Aufbau eines Netzwerks in abgelegenen landwirtschaftlichen Einrichtungen, in der Produktion usw. Das eigene Netzwerk erleichtert die Skalierung der vorhandenen Infrastruktur, erhöht die Abdeckung, die Anzahl der Teilnehmergeräte und die übertragene Datenmenge.
Teilnehmer-Eingangs- / Ausgangsanschlüsse WISE-4610
Technische Eigenschaften- Versionen für alle Weltfrequenzbereiche LoRaWAN
- Reichweite der Kommunikation mit der Basis bis zu 5 km
- Erweiterungsmodule zum Anschluss von Peripheriegeräten
- 4000mAh eingebauter Akku
- GPS-Modul (Galileo / BeiDou / GLONASS)
- Schutzart IP65
- USB-Programmierung
Die
WISE-4610- Serie ist ein modulares Terminal zum Anschluss verschiedener Peripheriegeräte an das LoRaWAN-Netzwerk. Mit ihrer Hilfe können Sie Daten von beliebigen digitalen und analogen Sensoren wie Thermometern, Hygrometern, Barometern, Beschleunigungsmessern usw. erfassen und andere Geräte über RS-232/485-Schnittstellen steuern. Es verfügt über eine eingebaute 4000-mA-Batterie, die bis zu sechs Monate lang unabhängig arbeiten kann. Integriert mit Sonnenkollektoren, um die Batterie aufzuladen. Mit dem eingebauten GPS-Empfänger können Sie den Standort des Geräts genau bestimmen, was die Abrechnung und Installation vereinfacht: Geräte können bereitgestellt werden, ohne zuvor die Datenbank zu betreten. Nach der Installation werden sie anhand der empfangenen Koordinaten automatisch an das Objekt gebunden.
Die Programmierung und Konfiguration erfolgt über die übliche USB-Schnittstelle und erfordert keine zusätzlichen Steuerungen und Programmierer. Sie kann also vor Ort mit einem Laptop durchgeführt werden.
Schnittstellenmodule
Eine Reihe von Schnittstellen zum Anschließen externer Geräte an den
WISE-4610 wird mithilfe von Schnittstellenmodulen implementiert, die von unten angeschlossen werden. Ein
WISE-4610- Terminal kann ein Schnittstellenmodul anschließen. Je nach Kundenaufgabe können dies digitale oder analoge Ein- / Ausgänge oder serielle Schnittstellen sein. Die Schnittstellenkontakte sind durch einen luftdichten Stecker mit M12-Gewindeanschluss geschützt.
- WISE-S614-A - 4 analoge und 4 digitale Eingänge
- WISE-S615-A - 6 Kanäle für RTD-Thermometer (Resistance Temperature Detector)
- WISE-S617-A - 6 digitale Eingänge, 2 serielle RS-232/485-Schnittstellen
Wzzard LRPv2 Series Sensor
Die Sensoren der Serie BB
Wzzard LRPv2 sind LoRaWAN- Teilnehmereinheiten, die für die Erfassung von Daten unter rauen Bedingungen und für eine schnelle Installation konzipiert wurden. Sie haben eine magnetische Basis und können ohne zusätzliche Befestigungselemente sicher auf Metalloberflächen montiert werden, sodass Sie schnell ein Netzwerk mit mehreren Geräten einrichten können. Ein versiegelter Schnittstellenanschluss an der Seite dient zum Anschluss externer Peripheriegeräte und Sensoren.
Technische Eigenschaften- Arbeiten Sie in allen Frequenzbereichen von LoRaWAN 868/915 / 923MHz
- Magnethalterung auf Metalloberfläche
- Schnittstellen RS485 (Modbus), 4 analoge Eingänge, 2 digitale Ausgänge, 1 digitaler Ausgang
- Enge Schnittstellenkabelverbindung
- Betrieb mit 2 AA-Lithiumbatterien, Sonnenkollektoren oder 9 ~ 36V-Stromversorgung
- IP66
- Betrieb bei -40 ~ 75 ° C
Talstationen LoRaWAN WISE-6610
Advantech bietet eine vollständige Palette von Geräten für die Bereitstellung des privaten LoRaWAN-Netzwerks. Über Gateways der
WISE-6610- Serie werden Teilnehmergeräte wie
WISE-4610 und
Wzzard LRPv2 angeschlossen und Daten an den Anwendungsserver übertragen. Das Lineup enthält Modelle, die gleichzeitig den Anschluss von 100 und 500 Teilnehmergeräten unterstützen. Das Gateway ist über Ethernet mit dem Internet verbunden, Versionen mit integriertem 4G-Modem sind ebenfalls erhältlich. Unterstützung für MQTT- und Modbus-Protokolle zum Übertragen von Daten an den Anwendungsserver.
Technische Eigenschaften- Unterstützung für alle Bereiche von LoRaWAN
- Gleichzeitige Wartung von 100 oder 500 Teilnehmern
- Ethernet-Verbindung
- Optional: eingebautes LTE-Modem
- Eingebauter VPN Server / Client
Fazit
Die LoRaWAN-Technologie findet verdientermaßen im Umfeld der industriellen Lösungen große Beachtung, und bereits heute ist es möglich, viele geschäftliche Probleme effektiv zu lösen. Für die meisten Kunden ist LoRaWAN jedoch immer noch eine wenig bekannte und unbekannte Technologie. Wir glauben, dass es in naher Zukunft so weit verbreitet sein wird wie klassische Mobilfunknetze, was unseren Kunden die Implementierung eigenständiger Internet-of-Things-Lösungen erleichtert.