Catatan dari penyedia IoT. LoRaWAN dan RS-485

Halo para pecinta Internet of Things. Saya melanjutkan serangkaian artikel saya.

Jadi, kami belajar cara bekerja dengan output pulsa counter dan menguasai enkripsi. Apa langkah selanjutnya? Jawabannya jelas. RS-485.

Sedikit teori. RS-485 (Recommended Standard) adalah antarmuka lapisan fisik asinkron. Dia mendapatkan popularitas besar di Internet Industri, mulai dari utilitas dan berakhir dengan berbagai pabrik dan perusahaan.

Pada prinsipnya, hampir semua meteran yang ingin memberi kita bukan hanya satu, tetapi beberapa parameter, kemungkinan besar, akan dilengkapi dengan RS-485. Lebih jarang, RS-232 atau M-Bus, tetapi untuk sekarang mari kita kesampingkan dan menganalisis contoh yang paling mengungkapkan. Lebih tepatnya, masalah dalam bekerja dengannya.

Masalah kecepatan

RS-485 adalah standar kabel. LoRa - nirkabel. Adalah logis bahwa harus ada perangkat tertentu yang dapat berteman dengan mereka.

Baiklah Hampir setiap pabrikan terminal di jalur tersebut memiliki modul radio dengan dukungan RS-485. Ia bekerja berdasarkan prinsip saluran transparan. Semua paket yang melalui kawat dikemas sebagai muatan paket LoRaWAN dan dikirim ke transmisi. Atau diterima dan diubah menjadi impuls listrik.

Dan inilah masalah pertama. RS-485 adalah antarmuka berkecepatan sangat tinggi. Paket-paket itu berjalan dengan kecepatan beberapa kilobit / detik atau bahkan puluhan. Sebagai contoh, salah satu kecepatan Modbus yang khas adalah 9,6 kbit / s.

LoRa, bahkan dengan SF terbaik = 7 (125 kHz, 4/5) akan memeras 5,5 kbit / s. Dengan SF yang lebih tinggi akan ada lebih sedikit.

Ini berarti bahwa survei nilai beberapa meter listrik tidak akan memakan waktu detik, dan bahkan puluhan detik. Skor akan berlangsung selama beberapa menit. Dan ini dengan waktu tunggu yang disesuaikan dengan benar. Jika Anda meninggalkan pengaturan default, maka survei Anda kemungkinan besar akan berakhir dengan kesalahan batas waktu. Saya diam tentang pembatasan panjang paket LoRaWAN. Hanya ada masalah.

Masalah polling

Dengan output pulsa, semuanya sederhana. Kami menghitung pulsa, kalikan dengan harga pembagian dan dapatkan pembacaan meter. Antarmuka sederhana apa pun dapat menangani hal ini. Dan antarmuka seperti itu, selain kesederhanaan, akan lebih universal.

Dengan RS-485, semuanya jauh lebih buruk. Anehnya, banyak yang tidak mengerti satu hal penting.
RS-485 BUKAN PROTOKOL PERTUKARAN! Itu tidak menentukan format paket yang masuk di dalamnya. Padahal, itu hanya media transmisi. Hanya karakteristik listrik dan temporal dari antarmuka yang ditentukan. Itu saja! Semua yang ada di atas harus sudah dibongkar secara terpisah.

Dan ada sesuatu untuk dibongkar! Di atas lingkungan kita, setiap produsen dapat menyelesaikan apa yang diinginkannya. Nah, atau apa yang ternyata nyaman baginya secara pribadi. Misalnya, meteran panas VKT-7 akan berkomunikasi dengan kami melalui ModBus. Dan Energomera - melalui GOST R IEC 61107-2001.

Ini semua protokol yang ditumpangkan pada media transmisi dari atas dan memiliki tingkat yang lebih tinggi. Setiap protokol memiliki komposisi frame sendiri, membutuhkan timnya sendiri untuk melakukan tindakan tertentu, menyediakan penyimpanan yang berbeda (dan karena itu polling) dari nilai-nilai. Karena itu, setiap perangkat membutuhkan skrip polling sendiri. Selain itu, bahkan dalam kerangka satu protokol (ModBus yang sama), skrip ini akan berbeda dari perangkat ke perangkat.

Protokol itu sendiri bukan rahasia dan, sebagian besar, terbuka. Selain itu, situs web masing-masing produsen sering berisi utilitas gratis yang dapat digunakan untuk menginterogasi perangkat. Tetapi utilitas ini tidak universal dan dipertajam untuk satu produsen. Dan kami ingat bahwa kami hampir selalu memiliki kebun binatang perangkat. Dan untuk menempatkan beberapa program pada klien secara bersamaan ... yah, ini tidak terlalu nyaman.

Ada dua jalan keluar. Atau tulis sesuatu sendiri. Atau ambil program di mana skrip pemungutan suara untuk perangkat paling populer telah dikompilasi. Ada banyak solusi siap pakai di pasar, katakanlah, "LERS-accounting" atau "YaEnergetik". Tetapi mereka dibayar dan biaya uang yang baik. Serta pengembangan perangkat lunaknya.

Selain itu, jika kita berbicara tentang Internet Industri (yaitu, kita melampaui kerangka layanan perumahan dan komunal), solusi universal siap pakai tidak akan lagi membantu Anda. Bagaimana menjadi

Tidak mungkin.

Jika Anda masih berencana untuk melakukan polling melalui LoRa melalui saluran transparan, Anda masih akan mengalami batas kecepatan dan batas waktu. Mungkin tidak langsung dan tidak dengan perangkat pertama, tetapi itu akan terjadi.

Masalah standar

Selain semua masalah, kami punya satu lagi. Karena RS-485 menyiratkan bahwa kita dapat menghubungi perangkat kapan saja, modul radio LoRa dengan dukungannya harus kelas C. Artinya, selalu mendengarkan siaran dan siap untuk menjawab.

Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa kelas C tidak menyiratkan daya baterai, tetapi masalahnya tidak begitu serius. Biasanya, RS-485 adalah tempat kekuatan eksternal dapat diperoleh.

Lebih buruk adalah hal lain.

Secara hukum, kami dapat beroperasi dalam dua rentang frekuensi. Ingat batas 864-865 MHz? Tidak lebih dari 0,1% waktu siaran? Ini berarti bahwa setiap perangkat yang diambil secara terpisah dapat mengudara, misalnya, tidak lebih dari 3,6 detik per jam. Tetapi selama waktu ini, di SF = 12 kami bahkan tidak akan mendorong tiga paket.

Anda dapat mencoba memeras saluran maksimum 868.7-869.2. Namun, pembatasan lain standar regional dari spesifikasi LoRaWAN mulai berlaku di sini - tidak lebih dari 1 persen dari airtime untuk setiap perangkat terminal (siklus kerja). OK, sudah lebih mudah, 36 detik. Hanya indra yang masih belum benar-benar.

Pada titik tertentu, kita dapat mengatakan - oh well, omong kosong ini! Saya akan duduk di udara selama diperlukan! Tapi kemudian muncul:

Masalah kapasitas eter

LoRa tidak sia-sia menukar paket pendek dan langka. Bahkan, seluruh standar dibangun di sekitar ini. Penting bahwa setiap perangkat membutuhkan waktu sesedikit mungkin di udara. Kemudian kita akan mengurangi risiko tabrakan dan akan dapat mencapai kepadatan fantastis beberapa ribu radimodules per BS. Apa yang akan terjadi jika satu modul radio mencorat-coret dalam paket seperti senapan mesin? Frekuensinya ditempati pada saat transmisi. Dan pada saat jawabannya, semua frekuensi ditempati, sejak stasiun pangkalan tidak mendengar apa-apa saat mentransmisikan dirinya sendiri.

Tentu saja, tidak ada yang membatalkan jaminan untuk meningkatkan kapasitas. Yaitu jika ada dua BS di area jangkauan satu modul radio, yang satu masih akan merespons, dan yang kedua mungkin mendengar beberapa paket lainnya. Namun, eter bukan karet. Jika setiap modul radio akan membutuhkan waktu satu menit untuk bertukar paket, maka dalam satu jam kita dapat menggantung tidak lebih dari 60 perangkat terminal per BS, ini tergantung pada tidak adanya tabrakan. Sangat sedikit, terutama jika Anda ingat bahwa jari-jari aksi setiap BS di kota adalah sekitar 2 km, atau mungkin lebih.

Jadi tidak?

Ternyata jaringan LoRaWAN kami hanya terbatas pada perangkat dengan output pulsa dan sistem pengawasan, di mana fakta perjalanan dicatat?

Tidak.

Kami hanya mencoba menggunakan konsep Internet Orang di mana ini tidak dapat dilakukan. Setuju, itu kebiasaan bagi kita untuk menggunakan saluran Internet yang stabil secara berlebihan. Misalnya, buka video, ambil stok di buffer, dan jangan tonton. Yaitu lalu lintas akan berlalu, tetapi pada kenyataannya tidak akan digunakan.

Namun, semuanya berbeda di sini. Kami memiliki sedikit kecepatan, tidak ada waktu siaran juga. Itu harus digunakan hemat. Apa yang bisa Anda pikirkan?

Jawabannya ada di permukaan. Jangan mengarahkan sekelompok lalu lintas overhead protokol melalui RS-485 melalui LoRa.

Script polling dapat diunduh ke modul radio itu sendiri. Dia akan menginterogasi meteran di tempat dengan frekuensi tertentu dan mengirimkan kepada kami hanya nilai-nilai yang sudah disepakati sebelumnya.

Metode ini memiliki dua minus:

• Modul radio semacam itu membutuhkan sumber daya komputasi tertentu. Ini bukan masalah besar di tingkat perkembangan teknologi saat ini.
• Modul radio semacam itu menghabiskan lebih banyak daya. Tetapi dalam kasus saluran transparan, kami terpaksa menggunakan kelas C, yang juga tidak hidup dengan baterai. Itulah itu.

Tetapi kami mendapatkan semua informasi yang kami butuhkan dalam 2-3 paket. Dan kemudian semuanya akan cocok menjadi satu, jika Anda benar-benar membutuhkan beberapa parameter. Memang, sering terjadi bahwa kita tidak perlu melewati SEMUA, seperangkat nilai yang cukup terbatas.

Modul radio dapat mengirimkan data, katakanlah, satu jam sekali. Dan di sisi server, kami akan menyimpannya. Jika Anda perlu mengakses arsip, server bahkan tidak perlu polling perangkat.

Tentu saja, Anda perlu memiliki semacam modul radio universal yang memuat berbagai skrip. Dan sebuah antarmuka yang mampu memahami informasi tersebut. Ini bukan cara yang mudah, tetapi hanya memenuhi semua persyaratan dan batasan.

Saat ini, semakin banyak produsen yang mengambil keputusan ini. Vega sedang mempersiapkan perangkat serupa; icbcom, ORION M2M dan lainnya sudah memilikinya.

Karena Jika kita menggunakan antarmuka yang ditulis sendiri, maka kita memiliki perkembangan yang sama. Pada titik tertentu, menjadi jelas bahwa jika kita tidak menjadi lebih dalam, kita tidak bisa bekerja.

Selain trik-trik menghemat lalu lintas, kita masih membutuhkan jaringan yang bagus di mana perangkat beroperasi pada SF minimum dan kecepatan maksimum. Saya tekankan - bukan jaringan di mana semua perangkat dengan SF = 7. Anda masih tidak akan mencapai ini.

Jaringan yang mencari SF = 7. Ini berarti perencanaan yang kompeten dan ADR.

Pada output, kami mendapatkan kecepatan yang cukup untuk paket-paket untuk bepergian, masih sejumlah besar modul radio per BS dan kemampuan untuk bekerja dengan antarmuka tingkat yang lebih tinggi dari output pulsa. Yang dibutuhkan.

Kolega PS, saya berterima kasih kepada semua orang atas umpan baliknya. Katakan, apakah Anda masih tertarik mempelajari tentang LoRaWAN atau Internet of Things? Jawaban dapat menulis kepada saya di PM atau di komentar. Untuk permintaan paling menarik atau masif, artikel akan dipublikasikan.