Что такое
LoRaWAN?
Описание LoRaWan
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) - это протокол беспроводной связи, который используется для создания масштабируемых радиосетей с низким энергопотреблением (LPWAN) и большим радиусом действия.
Модуляция LoRa (Long Range) является физическим уровнем связи. Это запатентованная технология, используемая для создания канала передачи данных IoT. LoRa передает данные в нелицензируемых диапазонах радиочастот, таких как 433 МГц, 868 МГц (Европа) и 915 МГц (Северная Америка и Австралия)
Сетевая архитектура
LoRaWAN использует трехуровневую сетевую архитектуру, состоящую из следующих типов узлов:
1. Конечные узлы (Terminals)
это приборы с низким энергопотреблением, которые способны обмениваться данными с помощью модуляции LoRa. Конечные узлы могут быть размещены в любом месте, например, в умных домах, транспортных средствах, зданиях, на промышленных предприятиях и т.д.
2. Базовые станции (Gateways)
это устройства, которые обеспечивают связь между конечными узлами и облачными серверами. Базовые станции преобразуют данные, передаваемые конечными узлами, в формат, который может быть обработан облачными серверами, и передают их по интернету либо закрытым каналам связи.
| Частота работы | 862-1020 МГц |
| Дальность связи | до 15 км |
| Передатчик | -14 dBm |
| Скорость передачи | 0.3-50 кбит/с |
| Размер пакета | до 242 байт |
| Энергопотребление | до 2.5 мА |
| Уровень шума | -134 dBm |
3. Облачные серверы (Network Servers)
это серверы, которые обрабатывают и хранят данные, передаваемые конечными узлами через базовые станции. Облачные серверы также предоставляют интерфейс для приложений, которые используют данные, переданные устройствами, для обработки и анализа. Приложения могут быть размещены на серверах или в облаке, могут быть доступны как веб-приложения, мобильные приложения или программы, работающие через API.
Сетевая архитектура LoRaWAN работает по топологии “звезда”, при которой базовая станция является центральным узлом сети. Такая топология имеет ряд преимуществ:
- Большая скорость передачи данных, т.к. каждый конечный узел имеет прямую связь с базовой станцией.
- Высокая отказоустойчивость, т.к. при такой архитектуре сеть менее чувствительна к отказу отдельных узлов.
Классы устройств
Устройства, использующиеся в сети LoRaWAN, можно разделить на 3 класса, отличающихся друг от друга режимами приема и энергоэффективностью: А, В и С.
Класс А (универсальный)
Базовый, наиболее энергоэффективный класс, поддерживаемый всеми устройствами. Они оптимизирован под двунаправленную передачу данных, обычно всего несколько раз в сутки. Устройства класса А имеют два окна приема данных, обозначаемых RX1 и RX2. Временные интервалы окон могут настраиваться, но должны быть одинаковыми для всех устройств, входящих в одну сеть.
Класс В (Beacon)
Является дополнительным классом в системе LoRaWAN. Он оптимизирован для устройств, которые планируют периодически выполнять дополнительный прием сообщений из сети по расписанию. Устройства класса В синхронизируются со шлюзом с помощью специальных маячков, называемых Beacon. Основная идея заключается в том, что устройство все еще выполняет периодическую передачу данных, но теперь оно может отзываться на “ping” от базовой станции в любое время, даже если оно не занято передачей данных. Это позволяет базовым станциям лучше контролировать устройства и повышает надежность системы.
Класс С (Continuous)
Устройства в этом классе получают данные всегда, когда они в сети, за исключением времени, когда они сами передают пакеты данных. Устройства этого класса не рассчитаны на получение уведомлений в режиме реального времени, но могут принимать данные по запросу. Подходят для тех случаев, когда нет необходимости в экономии энергии, но при этом есть запрос на получение и передачу данных в произвольный момент, в режиме реального времени.
Тенденции IoT
На основании последних отчетов от IoT Analytics можно выделить несколько закрепившихся тенденций в области Интернета вещей:
- Развивающийся стек IoT, то есть увеличение разнообразия компонентов экосистемы Интернета вещей, как в облачной части, так и в периферийной (отчет о 55 новых технологиях IoT и отчет о конвергенции ИТ/ОТ на SPS). Сюда же входит развитие алгоритмов машинного обучения для анализа данных IoT.
- Подавляющее большинство конечных пользователей сообщают о более быстром развертывании IoT проектов и их более быстрой окупаемости. Такая тенденция обеспечивается развитием инфраструктуры, открытостью и, соответственно, доступностью всех необходимых технологий для проектов разного уровня сложности: от установки умных девайсов в одном помещении до разворачивания частной сети, охватывающей территорию кварталов, городов и больше.
- Заметно снижается финансирование стартапов практически во всех бизнес-доменах. А вот наибольшее внимание получают эко-проекты, связанные с климатическими технологиями и мониторингом окружающей среды. При этом лидерами привлечения инвестиций остаются производства и городские проекты.
Преимущества LoRaWan
LoRaWAN является открытым стандартом, т.е. он доступен для всех желающих использовать его без необходимости оплаты лицензий. Это позволяет разработчикам, производителям и другим участникам рынка легко работать с технологией LoRaWAN и создавать новые устройства и решения, основанные на этом стандарте
Используются различные уровни криптографической защиты для обеспечения безопасности обмена данными. Включает в себя использование шифрования данных, аутентификацию устройств и сети, проверку целостности данных и другие меры защиты, что обеспечивают надежную защиту конфиденциальных данных
LoRaWAN передает большое количество данных через радиосеть, что делает его подходящим для массового использования
LoRaWAN использует низкую мощность излучения, что позволяет устройствам работать на батареях в течение длительного времени, в среднем, 5-10 лет
LoRaWAN может передавать данные на большие расстояния - 1,5 км в городской застройке и до 15 км в сельской местности, что делает его подходящим для удаленных регионов (лесные массивы, реки) и труднодоступных мест (колодцы, подвалы и пр.)
В технологии LoRa предусмотрены механизмы адаптации скорости передачи данных конечных устройств для того, чтобы оптимизировать загрузку сети и дать каждому конечному устройству возможность работы на максимальных скоростях, что и обеспечивает надлежащую помехоустойчивость в тех радиоусловиях, в которых данное устройство находится
Сферы применения
учет воды, газа, тепла и АСКУЭ
контроль влажности, засоленности почвы, уровня углекислого газа, освещения
охрана, пожарная безопасность, видеонаблюдение
контроль проникновения, климатический контроль, контроль протечек и т.д.
мониторинг производственных процессов и условий (температура, давление, жидкости), мониторинг передвижения и т.д.
умные парковки, контроль наполненности мусорных контейнеров, контроль уличного освещения, контроль открытия люков и т.д.
мониторинг общественного транспорта и контроль пассажиропотока, видеонаблюдение каршеринга, мониторинг морских контейнерных перевозок
мониторинг и прогнозирование состояния окружающей среды, раннее выявление лесных пожаров, контроль загрязненности воздуха и воды в водоемах / реках
контроль состояния пациентов (непрерывный мониторинг глюкозы, автоматизированная доставка инсулина, умные ингаляторы, мониторинг болезни паркинсона и т.д.)
контроль условий хранения товаров, контроль проникновения, умная инвентаризация, смарт-метки для отображения информации о товарах, пожарная безопасность, видеонаблюдение
Вопрос - ответ
Что такое Lora Alliance?
LoRa Alliance - это открытая некоммерческая организация, созданная в 2015 г. с целью объединения компаний для поддержки развития и стандартизации технологии LoRaWAN. Членство в LoRa Alliance позволяет организациям получать доступ к ресурсам, инструментам и сети экспертов, чтобы улучшить свои продукты и услуги, основанные на LoRaWAN. На сегодняшний день альянс состоит из более 500 компаний-участников и представлен в более чем 100 странах по всему миру.
В чем отличие LoRaWAN от других беспроводных технологий?
LoRaWAN отличается от других беспроводных технологий по 3-м критериям: дальность связи, энергопотребление и качество связи. LoRaWAN предлагает большую дальность связи благодаря использованию низкой частоты, низкое энергопотребление для устройств с батарейным питанием и высокое качество связи благодаря технологии широкополосной модуляции.
Может ли LoRaWAN работать без Интернета?
Да, LoRaWAN может работать без подключения к Интернету. Однако чтобы собранные устройствами данные могли быть переданы и обработаны, к Интернету должна быть подключена базовая станция, которая принимает пакеты данных и отправляет их дальше на сервер.
Поддерживается ли интеграция LoRaWAN с интерфейсами RS485 и RS232?
Да, поддерживается. Для подключения устройств с RS485 или RS232 интерфейсами к LoRaWAN требуется использовать оконечное устройство, поддерживающее данный протокол на физическом уровне и передающее получаемые данные на шлюз.
Нужна ли SIM-карта для работы LoRaWAN?
Для работы сети LoRaWAN наличие SIM-карты обязательно для базовых станций.
Какие минусы технологии LoRaWAN?
У технологии есть 2 основных минуса:
- Влияние препятствий (горы, здания и др.) или помех (от электроприборов, например), которые влияют на радиоволны, блокируя или ослабляя сигнал.
- Ограниченный объем данных, который можно передать за один раз, что может быть недостаточным для некоторых приложений или запросов Заказчика.
Можно ли комбинировать устройства, работающие по технологии LoRaWAN, с устройствами других технологий?
Для интеграции работающих на разных технологиях устройств требуется сочетание аппаратных и программных компонентов, обеспечивающих связь между устройствами. Аппаратный компонент предполагает использование шлюза, который действует как мост между различными технологиями, а программный компонент включает использование протоколов и API для управления связью между устройствами.
В целом комбинирование в рамках одной сети устройств, поддерживающих различные технологии, как правило, не практикуется в силу дополнительных временных и финансовых затрат на построение и поддержание стабильной работы сети.
Вы оказываете услуги по внедрению LoRaWAN решений?
Да, мы оказываем ряд услуг, связанных с использованием технологии LoRaWAN:
- Подключение устройств к нашей сети базовых станций
- Продажа оборудования: устройства передачи данных, запорные клапаны, интеллектуальные датчики, а также приборы учета энергоресурсов (см. Каталог)
- Разработка и интеграция готовых решений (см. Решения)
- Консалтинг, включающий проектирование сети устройств и подбор оборудования
- Разработка программного обеспечения для LoRaWAN решений
- Монтажные работы
