lorawan оборудование что это

Спецификация LoRaWAN. Активация оконечных устройств

Чтобы присоединиться к сети LoRaWAN, оконечное устройство должно пройти процедуру активации (End-Device Activation). Спецификация предусматривает два варианта активации устройств:

Активация «по воздуху» — Over-The-Air Activation

При активации OTAA оконечное устройство должно проходить процедуру присоединения к сети каждый раз, когда сессионная информация (локальный адрес DevAddr, ключи NwkSKey, AppSKey) в устройстве отсутствует или неактуальна. Перед процедурой присоединения в устройство должны быть записаны:

Процедура присоединения при активации OTAA

Сообщение join request содержит AppEUI, DevEUI и случайное число DevNonce:

Для каждого оконечного устройства сетевой сервер запоминает значения DevNonce, которые использовались раньше, и игнорирует запросы, содержащие повторяющиеся значения DevNonce.
В ответ на join request сервер посылает сообщение join accept.

где:

Поле DLSettings [8 бит] имеет следующий формат:

где:

RFU — Reserved for Future Use, не используется.
RX1DRoffset — разница между скоростями (data rates) на восходящей и нисходящей линиях, используемая для первого окна приема Rx1. По умолчанию равна 0.
RX2 Data rate — скорость, используемая для второго окна приема Rx2.

Случайные числа DevNonce и AppNonce используются при вычислении сессионных ключей NwkSKey и AppSKey.

Активация путем персонализации — Activation By Personalization

«Активация путем персонализации» означает, что в устройство напрямую записываются значения DevAddr, NwkSKey и AppSKey (происходит персонализация устройства). Согласно спецификации, каждое устройство должно содержать уникальные значения сессионных ключей NwkSKey и AppSKey, чтобы компрометация этих значений, содержащихся в одном устройстве, не приводила к компрометации других устройств сети.

При таком способе активации оконечному устройству не нужно проходить процедуру присоединения к сети, сразу после включения устройство готово к передаче данных.

Источник

Опыт использования LoRaWAN в системе АСКУЭ в реальных городских условиях

В этой статье изложены результаты опытной эксплуатации системы коммерческого поквартирного учёта энергоресурсов (далее АСКУЭ) в реальных городских условиях на базе отечественного оборудования LoRaWAN.

Наша компания с 2010 г. занимается созданием систем коммерческого и технического учета в ЖКХ. Мы давно и успешно используем «классические» каналы связи и оборудование для создания систем учета. Одним из знаковых проектов компании было создание крупнейшей на тот момент в РФ системы коммерческого общедомового и поквартирнгого учета на 1200 многоквартирных домов в г. Саранске в 2014 году.

В начале 2017 года мы активно начали исследовать LPWAN и IoT технологии. Одно из направлений развития IoT — это радиомодемы с ультранизким потреблением, что позволяет IoT устройствам работать несколько лет автономно от батареи питания и передавать данные на сравнительно большие расстояния. Основными технологиями в данной области являются LoRaWAN и NB-IoT. И если NB-IoT стандарт до сих пор находится в стадии пилотных зон покрытия у сотовых операторов, то оборудование LoRaWAN уже серийно производятся и разворачиваются в России. Именно с LoRaWAN мы и решили провести опытную эксплуатацию и, в случае успешных испытаний, внедрять данную технологию.

Что нам понравилось в технологии LoRaWAN?

Постановка задачи и описание тестовой системы учета

Итак, мы хотели проверить работу оборудования LoRaWAN. Нам, в некотором смысле, повезло сразу встретить коллег из Новосибирской компании «Вега-Абсолют» на IoT конференции. Немного изучив доступные в начале 2017 года решения мы поняли, что доступно либо западное оборудование, либо то, что делает «Вега-Абсолют» и несколько стартапов. Было выбрано оборудование «Вега-Абсолют» и сформулированы задачи опытной эксплуатации. Решили провести ее в г. Пенза.

Информационный обмен с электросчетчиком Меркурий-206 по RS-485 через «прозрачный канал связи»

Для организации прозрачного канала связи на тестовом стенде было установлено и настроено специальное ПО, организующее «прозрачный канал» связи с подключенным по радиоканалу LoRaWAN прибором. Анализ трафика показал, что обмен с прибором происходит очень медленно, как правило, ответ прибора приходит с задержкой 11 сек. При такой задержке итоговый период опроса прибора очень сильно зависит от количества опрашиваемых параметров прибора учета, это обусловлено особенностями протокола обмена LoRaWAN (сколько параметров прибора учета можно получить за один запрос) и от необходимости чтения исторических данных из архива прибора учета.

Так, при чтении 15 оперативных параметров с прибора Меркурий-206, общий период обновления данных в среднем составил 70 секунд, однако итоговый период опроса сильно зависит от выбранного состава параметров(тегов) и в худшем случае период опроса 15 тегов составил 160 секунд.

При чтении исторических данных время получения суточного архива активной энергии по одной точке учета по тарифу составило 11 секунд, скорость получения профиля мощности составила 48 «получасовок» каждые 70 секунд.

Дополнительно для анализа стабильности обмена был организован длительный прогон на 3-е суток, в ходе которого производился непрерывный опрос параметров подключенного счетчика с целью выявления возможных проблем. В результате возникли проблемы с опросом и нам рекомендовали производить опрос значительно реже. В результате опрос параметров прибора драйвером был настроен на опрос раз в 1 час и работал в течении 5 дней. За период такого прогона наблюдалась сравнительно устойчивая связь (примерно 0 — 3 обрывов в сутки). При этом, в течении времени прогона было зафиксировано однократное получение некорректных данных по одному параметру. Скорее всего, это произошло из-за спутывания пакетов ответов устройства (в протоколе обмена Меркурий 206 отсутствует возможность валидации пакета ответа).

Можно сделать следующие выводы по результатам испытаний:

Эти испытания дали теоретически ожидаемые результаты и наглядно показали почему в IOT устройствах уходят от классического для систем АСКУЭ режима запрос-ответ и переходят к режиму опроса на стороне «умного» счетчика и инициативной отправке данных с ПУ на сервер по расписанию или событию.

Испытания системы сбора данных с приборов учёта с импульсным выходом

Эксперимент проводился на объектах г. Пензы. Целями эксперимента являлись:

Первый этап. Проверили зону покрытия вне помещений c антенной 4.5 dBi

Нашим отделом внедрения была установлена базовая станция Вега БС-1 и антенна 4,5 dBi, которая, на тот момент, шла в комплекте с БС. Провели предварительное тестирование зоны покрытия вне помещений. На карте ниже показаны результаты нашего первого тестирования: зеленым отмечен успешный прием сигнала БС, красным — нет.

Выводы: Зона покрытия с комплектной антенной далека от максимальной для LoRaWAN и, в нашем случае, составила 2 км. Стало понятно, что надо тщательней подходить к установке базовой станции, заявленные 10 км без хорошей антенны и минимального радиопланирования, даже на открытой местности, получить нельзя.

Второй этап. Проверили зону покрытия внутри зданий с антенной 4.5 dBi

На той же инсталляции БС решили сразу проверить работу счетчика импульсов Вега СИ-11 внутри жилого дома на расстоянии 422 метров от БС. Точки учета были внутри жилого дома, на 1 этаже. Мы ожидали другого, но испытания показали, что сигнал приема отсутствует!

Связались с тех. поддержкой Веги, обновили ПО, но связь так и не удалось установить. Провели анализ результатов и повторно провели тестирование в предполагаемых местах установки приборов. Наконец удалось получить передачу пакетов с места не закрытого капитальной стеной от направления на БС. В итоге, удалось получить положительный результат и передача пакетов прошла успешно. Кроме того, мы поместили СИ-11 непосредственно на первый этаж того же дома, на кровле которого установлена БС, передача пакетов также прошла успешно (хотя не рекомендуется размещать модемы под БС).

Выводы по результатам второго этапа: можно использовать существующее решение при съеме данных в том же МКД, на котором установлена БС, а также в МКД и объектах, расположенных в радиусе 300-400 м от места установки БС, но в каждом случае необходимо предварительное тестирование радиопокрытия. Кроме того, не рекомендуется устанавливать модемы за капитальной стеной более 500 мм по направлению к БС.

Результаты были явно ниже наших ожиданий, провели консультации со специалистами Веги и пришли к очевидному теперь выводу: нужна хорошая антенна БС с большим коэффициентом усиления, надо корректно смонтировать БС вдали от БС сотовых операторов и других помех, грамотно разместить ее на кровле и повторить испытания.

Третий этап испытаний с антенной 10 dBi

Установили новую антенну 10 dBi Московской компании «Радиал» на 868 МГц, место установки БС — на крыше 12 этажного дома. К сожалению, «жизнь внесла коррективы» и нам разрешили установить антенну и БС на кровле дома на торце тех. постройки здания только таким образом:

С другой стороны, направление до точек учета в тестируемых домах не перекрывалось данной тех. постройкой. Далее провели тестирование на дальность связи в условиях города снаружи помещений. Модемы использовали в режиме эмуляции посылки импульсов, без подключения ПУ. На расстоянии до 6 км от БС пакеты проходили успешно, таким образом, максимальное расстояние, которое удалось получить вне помещений — 6 км.:

Таким образом, можно ожидать прохождение сигнала от модемов, размещенных, например, в частном секторе, на удалении максимум до 5-6 км от БС с антенной 10 dBi, размещенной на крыше 10-12 этажного МКД.

Долговременные испытания и статистика прохождения пакетов

Отметим, что в точке на расстоянии 422 м за капитальной стеной в 600 мм, в которой с антенной 4,5 dBi связи раньше не было, с новой антенной 10 dBi связь появилась, но с потерями 10% пакетов. Таким образом, в радиусе примерно 700 м уровень сигнала достаточно высокий ( RSSI

115), что позволяет устанавливать модемы в данной зоне внутри МКД и надежно передавать данные.

На фото ниже показано типичное место установки прибора учета на лестничной клетке в этажном щитке для приборов учета ЭЭ, к которому подключен модем:

Отображение данных с прибора учета Энергомера СЕ101 в системе. Передача данных осуществляется через Модем СИ-11-1. На графике Видно данные по активной энергии (D,H):

За период первичных испытаний, длительностью 144 часа, с передачей пакетов раз в час в феврале 2018 года были получены следующая статистика по передаче данных:

23% с настройками модема по умолчанию. В связи с этим, параметр модема «Количество переповторов пакета» был увеличен до 5 (то есть столько раз модем будет отправлять пакет, пока не получит подтверждение от базовой станции). В результате удалось почти полностью исключить потери пакетов. Считаем, что данный параметр надо выставлять от 3 до 5, в зависимости от требований к расходу батареи.

Тестирование скорости разряда встроенного элемента питания счетчиков импульсов LoRaWAN СИ-11

В течение трех месяцев было проведено тестирование встроенных элементов электропитания модемов СИ-11:

Период тестирования: 19.03.2018 — 07.06.2018 (почти 3 месяца):

Выводы: учитывая полученные результаты, можем оценить время работы в аналогичных условия до 100% разряда батареи:

Общие выводы по результатам испытаний

Технология «рабочая». Оборудование на лето 2018 уже коммерчески доступно в ассортименте и отечественного производства. Технология должна применяться с учетом ее особенностей:

Источник

Как LoRaWAN помогает строить современный интернет вещей

LoRaWAN — технология, которая быстро набирает популярность в сфере решений интернета вещей. При этом для многих клиентов остается малоизученной и экзотической, из-за чего вокруг нее существует множество мифов и заблуждений. В 2018 году в России были приняты поправки в законодательство об использовании частот LoRaWAN, которые расширяют возможности использования данной технологии без лицензии. Мы считаем, что сейчас наилучший момент для начала использования этой технологии в решении реальных бизнес-задач.

В статье мы рассмотрим основные принципы работы LoRaWAN, варианты построения собственной сети и использования сторонних провайдеров, а также расскажем о наших продуктах, поддерживающих LoRaWAN.

Что такое LoRaWAN

LoRaWAN — набор протоколов, определяющих физический и сетевой уровни передачи данных для маломощных устройств с низким энергопотреблением, работающий на больших расстояниях. Аббревиатура LoRa означает Long Range, то есть большие расстояния передачи данных, a WAN (Wide Area Network) означает, что протокол описывает еще и сетевой уровень.

В отличие от широко известных стандартов беспроводной связи GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN изначально проектировался для одновременного обслуживания огромного числа маломощных абонентских устройств. Поэтому основной упор сделан на защищенность от помех, энергоэффективность и дальность действия. При этом максимальные скорости передачи данных ограничены всего несколькими килобитами в секунду.

Подобно сотовой сети, в LoRaWAN есть абонентские устройства и базовые станции. Дальность связи абонентского устройства с базовой станцией может достигать 10км. При этом абонентские устройства обычно имеют автономное питание от батареи и большую часть времени находятся в энергосберегающем режиме, просыпаясь изредка для кратковременного обмена данными с сервером. Так, например, счетчики воды могут просыпаться раз в несколько дней и передавать текущее значение потребленного объема воды на сервер, а все остальное время находятся в спящем режиме. Такой подход позволяет получить устройства, работающие до нескольких лет без необходимости замены аккумуляторов. Задача устройств LoRaWAN максимально быстро передать/получить нужные данные от базовой станции и освободить эфир для других устройств, поэтому в сети существуют строгие правила на время, занимаемое в эфире. Устройства передают данные только после получения подтверждения от базовой станции, это позволяет контролировать нагрузку на эфир со стороны сервера и равномерно распределять сеансы обмена данными во времени.

Стандарт LoRa описывает физический уровень, модуляцию сигнала в диапазонах частот 433 MHz, 868 MHz в Европе, 915 MHz Австралия/Америка и 923 MHz Азия. В России для LoRaWAN используется диапазон 868 MHz.

Как работает LoRaWAN

Так как LoRaWAN работает в нелицензируемом диапазоне, это значительно упрощает развертывание своей собственной сети с базовыми станциями, в таком случае не нужно зависеть от операторов связи. Помимо развертывания собственной сети, можно использовать сети существующих операторов. Провайдеры LoRaWAN уже существуют по всему миру и с недавнего времени начали появляться и в России, например оператор Эр-Телеком уже предлагает подключение к своей LoRaWAN-сети во многих городах.

В России обычно LoRaWAN работает в диапазоне 866—869 MHz, максимальная ширина канала, занимаемая одним абонентским устройством, составляет 125 kHz. Так выглядит обмен данными по протоколу LoRaWAN на спектрограмме, записанной хабрапользователем Русланом ElectricFromUfa Надыршиным с помощью SDR.

В России с 2018 года приняты поправки в законы, существенно снижающие ограничения на использование частот 868 MHz. Подробно о новых законодательных нормах, регулирующих частоты LoRaWAN в России можно прочитать в этой статье.

Базовая станция — в терминологии стандартов LoRaWAN называется шлюзом или концентратором. По назначению это устройство схоже с базовыми станции обычных мобильных сетей сотовой связи: к нему подключаются конечные устройства и выполняют его указания по выбору каналов, мощности, временных слотов для передачи данных. Базовые станции подключаются к централизованному программному серверу, который имеет доступ к состоянию всей сети в целом, занимается планированием частот и т.д.
Обычно базовые станции LoRaWAN подключены к стационарному питанию и имеют стабильный доступ в интернет. Advantech предлагает несколько моделей базовых станций LoRaWAN серии WISE-6610 емкостью 100 и 500 абонентских устройств, и возможностью подключения к интернету по Ethernet и LTE.

Абонентское устройство — маломощное клиентское устройство, обычное имеющее автономное питание. Большую часть времени находится в спящем энергосберегающем режиме. Взаимодействует с удаленным сервером приложений для передачи/получения данных. Хранит ключи шифрования для аутентификации на базовой станции и сервере приложений. Может находится в зоне действия нескольких базовых станций. Строго соблюдает правила по работе в эфире, полученные от базовой станции. Устройства Advantech WISE-4610 — это модульные I/O терминалы, с различными аналоговыми и цифровыми интерфейсами ввода вывода и последовательными интерфейсами RS-485/232.

Клиент может развернуть свои базовые станции LoRaWAN или использовать существующие сети сторонних операторов

Публичная сеть LoRaWAN

В данной архитектуре устройства подключаются к публичной сети стороннего оператора. Клиенту необходимо приобрести только абонентские устройства и заключить договор с провайдером, получить ключи для доступа к сети. При этом клиент полностью зависим от покрытия оператора.
Нужно иметь в виду, что в публичной сети LoRaWAN могут действовать жесткие ограничения на время в эфире, которое может занимать устройство, поэтому для приложений, где необходим более частый обмен данными, такие сети могут не подойти.
Перед отправкой данных устройство запрашивает разрешение на передачу, и только если базовая станция ответит подтверждением, обмен состоится.

При использовании сторонней сети LoRaWAN, клиент использует чужую инфраструктуру базовых станций и зависит от покрытия провайдера и его ограничений на передачу данных

Такой подход удобен, например, при замещении абонентских устройств в городской застройке, где уже существует нужная инфраструктура. Например, для установки датчиков в жилых объектах и при малом объеме передаваемых данных, для сбора данных со счетчиков электроэнергии или расхода воды. Подобные устройства могут передавать данные раз в несколько дней.

Приватная сеть LoRaWAN

При развертывании приватной сети заказчик самостоятельно устанавливает базовые станции и планирует покрытие. Такой подход удобен, когда нужен полный контроль над сетью, или же на объектах, где не существует покрытия операторов.

В приватной сети заказчик полностью контролирует инфраструктуру

В данной архитектуре заказчик единоразово инвестирует в оборудование для развертывания базовых станций и далее не зависит от услуг и сторонних операторов. Такой вариант подходит для построения сети на удаленных сельскохозяйственных объектах, производстве и т.д. Собственная сеть позволяет легче масштабировать существующую инфраструктуру, увеличивать покрытие, число абонентских устройств и объем передаваемых данных.

Абонентские терминалы ввода-вывода WISE-4610

Технические характеристики

Программирование и настройка выполняется по обычному интерфейсу USB и не требует дополнительных контроллеров и программаторов, поэтому может быть выполнена на месте с помощью ноутбука.

Интерфейсные модули

Набор интерфейсов для подключения внешних устройств к WISE-4610, реализуется с помощью интерфейсных модулей, которые подключаются снизу. К одному терминалу WISE-4610 можно подключить один интерфейсный модуль. В зависимости от задач заказчика это могут быть цифровые или аналоговые входы/выходы, или последовательные интерфейсы. Контакты интерфейсов защищены герметичным коннектором с резьбовым соединением M12.

Датчик серии Wzzard LRPv2

Датчики серии BB Wzzard LRPv2 это абонентские устройства LoRaWAN, предназначенные для сбора данных в жестких условиях, и рассчитанные на быстрый монтаж. Они имеют магнитную основу и могут надежно крепиться на металлические поверхности без дополнительного крепежа, что позволяет быстро развернуть сеть из множества устройств. Герметичный интерфейсный разъем, расположенный сбоку, предназначен для подключения внешних периферийных устройств и датчиков.

Базовые станции LoRaWAN WISE-6610

Advantech предлагает полный спектр устройств для развертывания приватной сети LoRaWAN. Шлюзы серии WISE-6610 служат для подключения абонентских устройств, таких как WISE-4610 и Wzzard LRPv2, и передачи данных на сервер приложений. В линейке представлены модели, поддерживающие одновременно подключение 100 и 500 абонентских устройств. Подключение шлюза к интернету выполняется по Ethernet, также доступны версии со встроенным 4G модемом. Поддержка протоколов MQTT и Modbus для передачи данных на сервер приложений.

Источник

Что такое LoRaWan

Напомню, что термином IoT (Internet of Things) обозначают различные устройства, которые используют выход в сеть для взаимодействия друг с другом. К примеру, умная розетка подключается к Интернету не затем, чтобы сидеть в социальных сетях. Она получает из Сети команды, которые отправляет ее владелец. И она вещь. Вещь, которая пользуется Интернетом.

К буму IoT готовились давно. И почти сразу стало ясно, что для стабильной работы существующие стандарты передачи данных подходят мало.

Зачем что-то новое?

На первый взгляд, у нас уже есть готовые и обкатанные решения. Wi-Fi, LTE, почему не использовать их?

Причин несколько. Представим себе дом на 400 квартир, в каждом из которых стоит два водосчетчика и электросчетчик. Допустим, это современный дом, и каждый счетчик передает показания в Интернет.

Объем. На один жилой дом из 400 квартир придется 1200 счетчиков-пользователей. У них будет копеечный траффик, но если все они будут висеть, к примеру, на базовой станции LTE, то места для людей на этой базовой станции уже не останется. И это один дом. А ведь базовую станцию, обычно, ставят на микрорайон или даже больше.

Потребление. Если электросчетчику еще можно обеспечить питание, то тянуть кабель к водосчетчику не слишком удобно. Значит радиомодуль водосчетчика должен работать от батарейки. Но даже хорошую батарейку Wi-Fi и LTE съедят за несколько суток. Мы же хотим, чтобы менять элемент питания не приходилось минимум год.

Другие приоритеты. Нам не нужен канал связи в 5 мбит/c, чтобы раз в сутки передать, сколько кубов воды набежало по каждой квартире. Хватит считанных бит. Мы ограничены по мощности передатчика, надо чтобы он не ел батарейку. Значит, можно использовать правило «больше энергии в один бит – выше вероятность приема» таким образом, что канал связи на минимальной скорости и с минимальной мощностью гарантированно пройдет нужное расстояние. Даже если сигнал будет ниже уровня шума.

После тщательного анализа рынка компания Интерсвязь приняла решение строить свою сеть на базе стандарта LoRa.

Что такое LoRa?

Строго говоря, аббревиатурой LoRa (Long Range) обозначают лишь вид модуляции, то есть уровень l1 по модели OSI. Протокол канального уровня носит имя LoRaWAN. Но чаще всего «Лорой» называют совокупную систему, использующую LoRa на физическом и LoRaWAN на канальном уровне.

Работает это следующим образом. Базовая станция слушает эфир в заданном диапазоне частот. Когда она слышит запрос от какого-либо из устройств, то отвечает ему на частоте обращения. Ширина канала при этом составляет 125 кГц, максимальная скорость – чуть более 5 килобит/c. Да-да, вы не ослышались. Именно 5 и именно килобит/c. Этот стандарт Интернета вещей не создан для просмотра потокового видео. Его задача максимально быстро и гарантированно передать небольшое сообщение от датчика на базовую станцию. В зависимости от радиоусловий выбирается оптимальный набор параметров связи. За это отвечает SF (spreading factor) – коэффициент, к которому привязываются параметры передачи и приема. SF – это целое число, в стандарте он предусмотрен от 12 до 7. Чем выше SF, тем лучше помехозащищенность линии, но тем ниже скорость и тем больше времени в эфире занимает передача. Для примера, максимальная помехозащищенность достигается на SF=12. При этом время пакета в эфире составляет 2,466 сек, а скорость – 292 бит/сек.

Однако чем больше датчиков будут использовать базовую станцию, тем больше времени в эфире они займут. Потому, при хороших радиоусловиях, SF будет меньше. Растет скорость — падает время передачи.

Пакеты принимаются базовой станцией (в архитектуре LoRa ее чаще называют шлюзом), однако обрабатывает их следующее звено цепи – сетевой сервер. Этот сервер отвечает за управление всеми шлюзами, он решает через какой шлюз общаться с датчиком (если датчик слышно через несколько шлюзов) и определяет еще ряд важных параметров.

Однако сетевой сервер не обрабатывает полезную информацию из пакетов. Это делает следующее и самое важное звено – сервер приложений. Именно на сервере приложений происходит расшифровка показаний от датчиков, они в понятной форме раздаются либо в биллинг, либо в интерфейс потребителю, либо в другое заданное место.

Почему именно LoRa?

На данный момент существует несколько десятков стандартов Интернет-вещей. Часть из них универсальны, часть приспособлены решать свой круг задач. Все они более-менее придерживаются вышеописанных принципов. Есть даже стандарты на базе Wi-Fi и LTE. Так почему именно LoRa?

Выбор вендора

Российский рынок похож на спринтера, который замер в ожидании старта. Предложений по технологиям LoRa множество. Но половина фирм оказываются «перекупами», которые технологию в глаза не видели и готовы на заказ привезти что-то там из-за рубежа.

Еще часть имеет готовые платформы, к которым и стремится привязать пользователей и операторов. Т.е. сервер приложений будет находиться не у оператора, а у поставщика оборудования. Такая зависимость нас не устраивала. Потому мы решили писать сервер приложений своими силами.

Встал вопрос – на каких базовых станциях будем работать?

По сути, на рынке сейчас не так уж много предложений. Мы выбрали на тест три варианта:

БС Kerlink (Франция).
БС Вега (Россия).
БС Cisco (США).

Прошу обратить внимание, что я пишу только национальную принадлежность компании-производителя. Сказать, что БС собраны по месту прописки будет не совсем верно. Например, Вега собирает станции в России, но использует для этого те же чипы Semtech. Потому каждая станция является некой солянкой.

Первоначально тесты проводились на штатных антеннах. Замеряли карту покрытия, считали две зоны охвата.

Зона 1 – гарантированно проходят все пакеты

Зона 2 – идут незначительные потери, не более 15 процентов.

В целом, все БС показали сходные результаты. У Веги и Kerlink Зона1 оказалась в радиусе 800-900 метров. Cisco за счет системы «одна антенна на передачу-две на прием» показала результаты на 30 процентов лучше. Зона 2 у всех трех станций оказалась примерно одинаковой.

Зона 1 (полное прохождение пакетов)

Зона 2 (потеря не более 15 процентов)

Надо понимать, что берутся усредненные показания. Скажем, глухой подвал в радиусе 500 метров не всегда возможно покрыть. А до квартиры на 9 этаже в прямой видимости от БС «добьет» и на 2,5 км без потерь.

В целом, два самых важных фактора, влияющих на распространение сигнала оказались ожидаемы:

Плотность застройки. Сюда относится количество домов на пути сигнала, их этажность и материал, из которого построены. Скажем, монолитные дома – более серьезное препятствие, нежели панельки.

Рельеф местности. Челябинск не отличается ровным рельефом, все-таки Урал. Потому мы заметили явное увеличение зоны покрытия на снижениях и уменьшение — на подъемах.

Сам по себе сигнал оказался крайне устойчив к индустриальным помехам. Единственной слабостью технологии стали антенны GSM-900. На крышах рядом с ними БС заметно теряли эффективность. Однако, сотовые антенны других диапазонов существенного влияния не оказывали.

В итоге, мы не увидели большой разницы между Kerlinkом и Вегой. А Вега оказалась почти в пять раз дешевле конкурента, кроме того, ее инженеры оказывают сильную поддержку в виде консультаций. Потому, пилотный проект приняли решение строить на Веге.

Что касается Cisco, то нам был предоставлен лишь опытный образец и на момент написания статьи у них еще не запущено массовое производство. Однако именно Cisco победила по зоне покрытия, проникающей способности и ряду технологических особенностей.

После мы повторили тесты, используя антенны Радиал с лучшим коэффициентом усиления, нежели штатные антенны БС (10 dBi против 6 dBi). Новые антенны улучшили карту покрытия Cisco в среднем на 15 процентов, а карта покрытия Веги подскочила аж на 40 процентов (штатные антенны российского производителя не отличаются хорошими характеристиками). Kerlink к тому времени не рассматривали из-за необоснованной дороговизны.

Таким образом, Вега не сильно уступила своему заокеанскому конкуренту.

В итоге, оказалось, что на стабильное и качественное покрытие такого города как Челябинск требуется порядка 40-50 БС.

Пилотная зона

В рамках тестов мы подключили к нашей сети общедомовые водосчетчики одной из управляющих компаний. Водосчетчики Zenner имели импульсные выходы, для съема информации использовали датчики Вега СИ-11. Это простой счетчик импульсов с автономным питанием в компактном корпусе с радиомодулем LoRa. Крепится на DIN-рейку.

Для качественной оценки параметров был установлен минимальный период отправки показаний – 1 час. Далее, полученные показания периодически сверялись с тем, что выдает счетчик на своем циферблате. Если цена импульса выставлена верно, и счётчик Zenner исправен, то отклонений в показаниях не наблюдалось.

Т.к. подобные приборы учета ставятся в подвалах, мы получили хороший опыт практического применения технологии LoRa. В целом, результаты совпали с нашими тестами. В зависимости от рельефа, застройки и конфигурации подвала шлюз мог установить связь с датчиками на расстоянии 500-2300 метров. На приведенной карте случай среднего подвала со слуховыми окнами. Он находится на расстоянии 1,5 км от шлюза. Потери пакетов не происходит. Отметим, что по прямой распространения сигнала находится хороший кусок частного сектора, который не вносит большого затухания.

Масштабирование сети

Базовые станции LoRa, подключенные к одному сетевому серверу, работают как единый механизм. Т.к. большую часть времени конечные устройства молчат, то коллизии в эфире – случай крайне редкий. Обычно, когда датчик выходит на связь, его слышат сразу несколько БС. Но ответит только одна. Это не обязательно самая ближняя к датчику БС, но всегда та, у которой лучшие качественные характеристики канала связи.

Сеть очень легко нарастить – нужно просто подключать настроенную БС к сетевому серверу через Ethernet или мобильные сети. Но увлекаться слишком большой плотностью станций на единицу площади нельзя:

Что дальше?

Главный вопрос, который задают скептики. Замечательно, у вас есть технологии. Потребители-то где?

Да вот они! Прямо перед вами. На данный момент компания «Интерсвязь» реализует масштабный проект по подключению различных общедомовых счетчиков к единому центру сбора данных. В перспективе подключение других общедомовых приборов учета. Опрос устройства производится именно через технологию LoRa.

При этом счетчику совсем не обязательно иметь встроенный радиомодуль. Достаточно импульсного выхода, RS-232 или RS-485. В этом случае, рядом с ним устанавливается внешний радиомодуль с необходимым интерфейсом, который собирает и передает показания.

Справедливо это так же и для квартирных приборов учета. Теперь не нужно передавать показания в офис или через Интернет. Если вы подключены к серверу приложения, то данные будут переданы автоматически.

Данная услуга пользуется спросом у управляющих компаний. Теперь им не надо посылать слесаря дядю Петю в подвал, чтобы он там переписал показания счетчиков (точно ли сходит. ). Раз в час радиомодуль сообщит показания на сервер, а тот передаст в биллинг.

Радиомодуль питается автономно, от своей батареи. По подсчетам первых месяцев эксплуатации батареи хватит в среднем на год. Можно увеличить срок службы, выставив передачу показаний раз в сутки. Однако пока проводится ряд статистических экспериментов, и мы снимаем данные все же раз в час. В рамках тестов.

В своем сообщении радиомодуль передает самые необходимые данные: число импульсов, заряд батареи, температура счетчика и номер пакета. По сетевому серверу можно отследить выход модуля на связь, стабильность прохождения пакетов, уровень сигнала и шлюз, за который модуль держится. Сами же показания в удобной форме нам (и клиентам) передает сервер приложений.

Мы продолжаем развивать нашу технологию и подключать к ней новых абонентов. В планах реализация еще множества технических новшеств, ввод в строй нового оборудования и софта. Проходят тестирования различные радиомодули и законченные устройства, которые смогут работать в нашей сети. Мы собираем информацию от абонентов, пытаемся понять, что еще нужно, в чем есть потребность. К примеру, становится ясно, что на основе показаний водосчетчиков можно составить оперативную аналитику. На ее основе, к примеру, можно отследить протечку воды.

Все эти пожелания оформляются в виде задач нашим инженерам и передаются в работу. Еще многое предстоит сделать, однако уже сейчас мы можем сказать. «Интернет вещей теперь в вашем доме!»

Источник