Komunikacja przemysłowa
Bezprzewodowa łączność energooszczędnych czujników i liczników z wykorzystaniem LoRa we własnych sieciach lub sieciach operatora
Porozmawiajmy o technologii
LoRaWAN jest technologią LPWAN przeznaczoną do małych wiadomości i energooszczędnych urządzeń końcowych. LoRa zapewnia transmisję radiową, a LoRaWAN definiuje komunikację sieciową, aktywację urządzeń i obsługę wiadomości.
Obok komórkowych NB-IoT i LTE-M, LoRaWAN można wdrożyć z własnymi bramkami i serwerami albo kupić jako usługę sieciową. Własna infrastruktura oznacza również odpowiedzialność właściciela sieci za zasięg i eksploatację.
Architektura sieci
Urządzenia końcowe docierają do serwera sieciowego przez jedną lub więcej bramek. Bramki przekazują wiadomości radiowe przez IP; serwer sieciowy zarządza działaniem sieci i usuwa duplikaty wiadomości odebranych przez wiele bramek. Serwer aplikacji przetwarza pomiary i łączy je z systemami biznesowymi.
LoRaWAN
Wiele bramek może odebrać tę samą wiadomość
Kwestie projektowe
Odpowiednie dla okresowych pomiarów i krótkich komunikatów stanu. Wielkość danych, odstępy raportowania i ruch do urządzeń planuje się razem; ciągłe strumienie danych, wideo i deterministyczne sterowanie w czasie rzeczywistym wymagają innego połączenia.
Teren, konstrukcja budynków, anteny i ustawienia radiowe wspólnie określają łączność. Odstępy pomiarów i tryby odbioru także wpływają na zużycie energii. Regionalne plany częstotliwości i lokalne ograniczenia radiowe są częścią projektu sieci.
Należy uwzględnić rozmieszczenie bramek, łącza IP, eksploatację serwerów i zarządzanie kluczami. Aktywację urządzeń, monitoring i integrację aplikacji planuje się od początku.
Wybór technologii
Sieć wykorzystująca radio LoRa w regionalnych pasmach niewymagających licencji. Możliwa jest własna infrastruktura lub usługa operatora; urządzenia końcowe komunikują się przez bramki.
Komórkowa technologia IoT korzystająca z pasm i infrastruktury operatora. Urządzenia łączą się bezpośrednio z siecią komórkową, a nie lokalną bramką LoRaWAN.
Również połączenie komórkowe, o innych możliwościach ruchu i mobilności. Rozważane, gdy aplikacja potrzebuje większej elastyczności komunikacji i lokalna sieć ją obsługuje.
Działanie urządzeń końcowych
Podstawowy tryb obsługiwany przez każde urządzenie LoRaWAN. Po każdej transmisji do sieci następują dwa krótkie okna odbioru, w których serwer może odpowiedzieć. Kolejna wiadomość do urządzenia może wymagać oczekiwania na następną transmisję. Tryb odpowiedni dla bateryjnych czujników raportujących okresowo.
Uzupełnia działanie Class A o zaplanowane okna odbioru synchronizowane z sygnałami sieciowymi. Umożliwia bardziej przewidywalną komunikację do urządzenia, wymagając dodatkowej energii odbioru i obsługi przez sieć.
Urządzenie niemal stale nasłuchuje wiadomości z sieci, z wyjątkiem własnej transmisji. Skraca to oczekiwanie, ale zwiększa zużycie energii, dlatego tryb nadaje się przede wszystkim do urządzeń zasilanych zewnętrznie.
Wdrożenie i eksploatacja
LoRaWAN stosuje topologię gwiazdy gwiazd, a nie sieć mesh urządzeń końcowych. Wiele bramek może zwiększać możliwości odbioru, ale pojemność planuje się według ruchu wiadomości i warunków radiowych. Bramki wymagają niezawodnego łącza IP.
LoRaWAN wykorzystuje mechanizmy bezpieczeństwa oparte na AES-128. Przy aktywacji OTAA procedura dołączenia tworzy sesję i jej klucze. Niezbędne są unikalne klucze urządzeń, chronione przechowywanie i kontrolowany dostęp; serwery i integracje również wymagają zaprojektowania zabezpieczeń.
ADR może dostosowywać szybkość transmisji i moc nadawania do łącza radiowego. Dla czujników stacjonarnych może poprawić wykorzystanie energii i pojemności sieci. Urządzenia ruchome i szybko zmieniające się warunki radiowe wymagają osobnego rozważenia.
Zastosowania
Przesyłanie wilgotności gleby, danych pogodowych i odczytów szklarniowych z rozproszonych punktów pomiarowych przez lokalną bramkę.
Zbieranie danych rolniczych przez LoRaWANZbieranie niewielkich wiadomości o zużyciu i stanie ze zgodnych liczników, z łącznością dopasowaną do cyklu odczytu.
Śledzenie temperatury, wilgotności i warunków wewnętrznych za pomocą bezprzewodowych czujników.
Okresowe raporty stanu urządzeń i zdarzenia przekroczenia progów, oddzielone od szybkich lokalnych pętli sterowania.
Przesyłanie odczytów rozproszonych punktów środowiskowych w odstępach dopasowanych do lokalizacji i przepustowości sieci.
Rzadkie raporty warunków składowania, temperatury i stanu urządzeń w dostępnym zasięgu.
Konsultacja techniczna
Technologię i wariant urządzenia dobieramy do ruchu danych, lokalnej sieci i warunków eksploatacji.
