Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

LoRaWAN – bezprzewodowa komunikacja dla świata IoT na przykładzie urządzeń firmy Sabur

1034 wyświetleń, autor: Sabur.

Dużo mówi się ostatnio o Przemyśle 4.0 i Internecie Rzeczy, ale czy zastanawiałeś się jak przesyłać dane z inteligentnych czujników? Mówię tutaj zarówno o warstwie fizycznej komunikacji jak i protokole, który tę komunikację obsługuje. W tym artykule postaram się odpowiedzieć na to pytanie, prezentując jedną z bezprzewodowych technologii – LoRaWAN.

Technologie komunikacyjne – wady i zalety

Zanim przejdę do omówienia LoRaWAN, tego czym jest i dlaczego spina urządzenia IoT przyjrzę się najpierw innym rozwiązaniom.

Najbardziej klasyczna jest komunikacja przewodowa, np. z użyciem takich protokołów jak: Ethernet IP, Modbus TCP, Profinet itp. Jednak mówimy tutaj o Przemyśle 4.0, mobilnych maszynach, które mają być modułowe i często przezbrajane. Wtedy stosowanie przewodów dobrze jest ograniczać do minimum. Ponadto nie zawsze istnieje możliwość komunikacji przewodowej, np. w wypadku oddalonych od siebie i rozsianych na dużym terenie stacji.

Jeżeli chodzi o bezprzewodowe sposoby wymiany danych to z popularnych technologii mamy Bluetooth, który najczęściej musimy wykluczyć przez bardzo niewielki zasięg. Oprócz tego, łatwo wskazać technologie GSM – 2G, 3G, 4G i 5G. Wykorzystanie modułów 3G i 4G jest popularne chociażby w Routerach VPN. Technologie te cechują się przyzwoitym zasięgiem, dużą prędkością wymiany danych, a ponad wszystko infrastruktura jest już od dawna zbudowana i dobrze znana. Oprócz zalet posiadają niestety też wady. Sieć GSM jest bardzo mocno obciążona, w 2020 roku do sieci GSM podłączone będzie już 50 miliardów urządzeń. Wraz ze wzrostem ilości urządzeń łączących się z jedną stacją spada przepustowość łącza i wzrasta szansa na wystąpienie zakłóceń. Moduły GSM muszą być też dodatkowo zasilane i zużywają dużą ilość energii elektrycznej.

Sieci GSM są doskonałe do obsługi naszych smartfonów, bo przesyłają dane bardzo szybko, a ewentualne zakłócenia i przerwy w zasięgu nie wpłyną znacząco na nasze życie. Jednak do obsługi standardów przemysłowych musiało powstać inne rozwiązanie.

Uwzględniając wady i zalety innych technologii bezprzewodowych, powstały sieci LPWAN (Low Power Wide Area Network) – sieci bezprzewodowe, dla których priorytetem jest niskie zużycie energii. Jedną z technologii LPWAN jest wspomniana LoRa.

Technologie LPWAN

Wyróżnić można trzy najpopularniejsze technologie LPWAN – Sigfox, LoRaWAN oraz NB-IoT. Najpopularniejszą, najszerzej stosowaną i chyba najlepszą z nich jest LoRa. Poniższa mapa przedstawia kraje, w których stosowana jest technologia LoRaWAN.

Wspomniałem, że istnieją trzy technologie LPWAN i to LoRa wydaje się być najlepszą z nich. Zobaczmy dlaczego:

Warto spojrzeć na takie parametry jak prędkość transmisji danych, limity wysyłanych wiadomości, maksymalna pojemność wiadomości, zasięg, podatność na zakłócenia czy możliwość szyfrowania wiadomości.

LoRaWAN wydaje się być technologią, łączącą zalety innych rozwiązań bezprzewodowej komunikacji. Jest odporna na zakłócenia, oferuje przyzwoitą prędkość transmisji (500 razy szybciej niż Sigfox), nie ogranicza ilości dziennych zapytań, a maksymalny rozmiar wiadomości to aż 243 bajty. Co więcej jako jedyna z tych trzech technologii umożliwia tworzenie sieci prywatnych.

Urządzenia umożliwiające tworzenie sieci prywatnych znajdziesz w ofercie firmy Sabur:
https://www.sabur.com.pl/kategoria-produktu/lacznosc-bezprzewodowa/lorawan/

LoRaWAN

Zacznijmy od wyjaśnienia struktury sieci LoRaWAN. Składa się ona z pojedynczych urządzeń końcowych, sieci bazowej oraz serwera.

Jeżeli mówimy o komunikacji, to głównym zadaniem postawionym przed twórcami technologii było dostarczenie danych pomiarowych z czujników i urządzeń końcowych do serwera centralnego, gdzie mogą być przetwarzane, obrabiane i wizualizowane.

LoRaWAN w swoim działaniu bliźniaczo przypomina sieć telefonii komórkowej. Urządzenia końcowe odzwierciedlają nasze telefony osobiste, które do poprawnego działania muszą być w zasięgu stacji BTS (odpowiednio stacji bazowej LoRaWAN). Dlatego też za realizację infrastruktury LoRaWAN wzięli się operatorzy GSM, tacy jak np. KPN, Orange, SK Telecom czy Comcast. Ich zadanie to udostępnienie użytkownikom stacji bazowych, które mają swoim zasięgiem pokryć jak największy obszar. Każde urządzenie, które znajdzie się w zasięgu działania stacji bazowej może przesłać dane do wybranego serwera. Obecnie korzystanie z wybudowanej infrastruktury jest bezpłatne.

Można powiedzieć, że sieć LoRaWAN bazuje na topologii gwiazdy, gdzie do stacji bazowej (bramki) podłączonych jest wiele równorzędnych urządzeń końcowych. Do komunikacji pomiędzy urządzeniami końcowymi a stacjami bazowymi używany jest właśnie protokół LoRaWAN, natomiast dane z bramek do serwerów wędrują już z użyciem protokołów sieciowych, najczęściej TCP/IP.

Szacuje się, że maksymalne odległości pomiędzy urządzeniami a stacją, przy których może dochodzić do wymiany danych, to 5 km w terenie silnie zabudowanym i 20 km na wolnej przestrzeni. Okazuje się jednak, że protokół LoRaWAN posłużył do pobicia paru ciekawych rekordów. W serwisie YouTube znaleźć można film, na którym autor pokazuje jak udało mu się przesłać dane z użyciem protokołu LoRaWAN na odległość 212 km. Jest to rekord dla nadajnika i odbiornika znajdującego się na powierzchni Ziemi.

Nie był to szczyt możliwości LoRaWAN. Obecny rekord świata w odległości przesłanych danych został pobity przez Enrique Torresa, badacza Uniwersytetu w Saragossie. Do balonu, który wzniósł się na wysokość ponad 33 km, badacz zamontował ważący zaledwie 106 gramów czujnik temperatury, wilgotności i ciśnienia. Nadawany sygnał został odczytany przez 24 różne stacje bazowe, z czego najdalsza oddalona była o 766 km od balonu i znajdowała się w narciarskim resorcie, na wysokości 2253 metrów nad poziomem morza!

Sieci prywatne

Jak wspomniałem wcześniej, LoRaWAN jako jedyna z technologii LPWAN pozwala na tworzenie sieci prywatnych. Co to oznacza? Przede wszystkim uniezależnia to nas od zasięgu oferowanego przez operatorów sieci. Kupujemy bramę (gateway) LoRaWAN, która zbiera dane ze wszystkich urządzeń końcowych, a później przekazuje je do wskazanego serwera, czy bazy danych. Czyli mówiąc prościej stawiamy swoją własną stację bazową.

Bramy LoRaWAN

Jak wygląda taki przykładowy gateway?

LoRaWAN gateway 2

Brama 1Gate produkcji ATIM. Sprzęty ATIM są dystrybuowane w Polsce przez firmę Sabur. Skontaktuj się z Sabur i zapytaj o ofertę: https://www.sabur.com.pl/kontakt/

Powyższe urządzenie 1Gate LoRa™ Gateway jest przeznaczone do montażu na szynie DIN w szafach sterowniczych. Na froncie posiada przyłącze umożliwiające zainstalowanie zewnętrznej anteny. Brama może obsługiwać jednocześnie wiele urządzeń, oprócz samego przesyłania danych do serwera może je archiwizować, czy wyświetlać na wykresach. To wszystko możliwe jest z poziomu webserwera. W ten sam sposób dodamy i skonfigurujemy urządzenia końcowe. Bramę podłączyć można do Internetu za pomocą portu ETHERNET lub Wi-Fi. Jak widać gateway’e to nie tylko urządzenia ograniczające się do przekazania danych dalej.

Niekoniecznie trzeba też stosować bramy stricte przemysłowe. W ofercie Sabur znajdują się urządzenia „biurowe”. Takie urządzenie charakteryzuje się możliwością zawieszenia na ścianie. W działaniu nie różni się od modułu przemysłowego. Ma jedynie węższy zakres temperatury pracy. Brama biurowa może pracować w temperaturze 0 – +70 °C, a wersja przemysłowa -40 – +85 °C. Tak samo, jak moduł przemysłowy, wymaga podłączenia zewnętrznej anteny, może przetwarzać dane i posiada wbudowany webserwer.

Brama „biurowa” produkcji ATIM. Sprzęty ATIM są dystrybuowane w Polsce przez firmę Sabur. Skontaktuj się z Sabur i zapytaj o ofertę: https://www.sabur.com.pl/kontakt/

Dzięki wykorzystaniu takich bram możemy stworzyć własną, prywatną sieć LoRaWAN. Co możemy skomunikować z taką bramą? Właściwie wszystko. Oprócz typowych urządzeń obsługujących protokół LoRaWAN istnieją też konwertery z popularnych protokołów np. Modbusa TCP. Taki konwerter podłączymy do sterownika PLC i możemy przesyłać dowolne dane do bramy.

Mam nadzieję, że udało mi się zainteresować Was tematem komunikacji z użyciem LoRaWAN. Jest to wciąż nowa technologia, ciągle się rozwija, a jej zastosowań dopiero będzie przybywać. Jednak już teraz można powiedzieć, że robi wrażenie i będzie na pewno szeroko stosowana.

Źródła: www.sciencedirect.com; www.thethingsnetwork.org; zdjęcie – https://www.youtube.com/watch?time_continue=136&v=2Y0bMX3TVi0

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
10 września 2019 / Kategoria: , , ,
  • Autor: Sabur
  • Firma SABUR Sp. z o.o. powstała w lutym 1993 roku. Jesteśmy dystrybutorem firm: Saia Burgess Controls, ELUTIONS, ESA, ASEM, Atim, Racom, Ocean Data Systems i Exakom. Prowadzimy doradztwo i szkolenia techniczne, serwis gwarancyjny, współpracujemy z partnerami przy realizacji systemów automatyki. Organizujemy szkolenia także na indywidualne życzenia firm.
  • Profil Autora
  • http://www.sabur.com.pl

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Pierwsza na świecie inteligentna kamera dla przemysłu z technologią głębokiego uczenia

Pierwsza na świecie inteligentna kamera dla przemysłu z technologią głębokiego uczenia

>KLIKNIJ<

Obsługa przemysłowych routerów i modemów GSM odc. 1: Co to jest router przemysłowy GSM i jak go podłączyć do sieci GSM?

Obsługa przemysłowych routerów i modemów GSM odc. 1: Co to jest router przemysłowy GSM i jak go podłączyć do sieci GSM?

>KLIKNIJ<

Pierwsze kroki z przekaźnikiem programowalnym akYtec PR200

Pierwsze kroki z przekaźnikiem programowalnym akYtec PR200

>KLIKNIJ<

Jak działa NOWOCZESNY TARTAK? – Fabryki w Polsce

Jak działa NOWOCZESNY TARTAK? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Przemysł 4.0:  Zbieranie danych na przykładzie obrabiarki – część 2

Przemysł 4.0:  Zbieranie danych na przykładzie obrabiarki – część 2

>KLIKNIJ<

Programowanie paneli HMI – kurs dla automatyków (wygraj panel HMI 7″!)

Programowanie paneli HMI – kurs dla automatyków (wygraj panel HMI 7″!)

>KLIKNIJ<

Serwer VNC i FTP na przykładzie panelu HMI DOP-100

Serwer VNC i FTP na przykładzie panelu HMI DOP-100

>KLIKNIJ<

[Webinar] Laserowe czujniki pomiarowe – zastosowanie w przemyśle

[Webinar] Laserowe czujniki pomiarowe – zastosowanie w przemyśle

>KLIKNIJ<

Jak wygląda praca programisty robotów? Wywiad z Sebastianem Kilichowskim

Jak wygląda praca programisty robotów? Wywiad z Sebastianem Kilichowskim

>KLIKNIJ<

Dlaczego Twój silnik lub instalacja trójfazowa potrzebuje przekaźnika kontroli napięcia?

Dlaczego Twój silnik lub instalacja trójfazowa potrzebuje przekaźnika kontroli napięcia?

>KLIKNIJ<

Przemysł też może działać zdalnie

Przemysł też może działać zdalnie

>KLIKNIJ<

Jak powstają WINDY? – Fabryki w Polsce

Jak powstają WINDY? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Otwarte webinarium SCADA od Elmark Automatyka

Otwarte webinarium SCADA od Elmark Automatyka

>KLIKNIJ<

Miniaturowy fotoprzekaźnik laserowy wykrywający obiekty również przez otwory

Miniaturowy fotoprzekaźnik laserowy wykrywający obiekty również przez otwory

>KLIKNIJ<

[Zapis webinaru] Odkrywamy tajniki znakowania laserem

[Zapis webinaru] Odkrywamy tajniki znakowania laserem

>KLIKNIJ<

IMScompact: system prowadzenia i pomiarów, który nie wymaga dodatkowego miejsca

IMScompact: system prowadzenia i pomiarów, który nie wymaga dodatkowego miejsca

>KLIKNIJ<

Bosch Rexroth utrzymuje w 2019 roku rekordowy poziom obrotów z poprzedniego roku

Bosch Rexroth utrzymuje w 2019 roku rekordowy poziom obrotów z poprzedniego roku

>KLIKNIJ<

Serwis chłodziarek przemysłowych – podstawa sukcesu!

Serwis chłodziarek przemysłowych – podstawa sukcesu!

>KLIKNIJ<

Automatycy APA Group rewolucjonizują linię produkcyjną światowego giganta

Automatycy APA Group rewolucjonizują linię produkcyjną światowego giganta

>KLIKNIJ<

Jak dobrać szafę sterowniczą do aplikacji? Testujemy RiCS

Jak dobrać szafę sterowniczą do aplikacji? Testujemy RiCS





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Urządzenia XV300 wyposażone są w przemysłowe wyświetlacze wysokiej rozdzielczości z technologią wielodotyku. To, w połączeniu z precyzyjnym i intuicyjnym interfejsem użytkownika, umożliwia operatorom pracę od zaraz. Dodatkowo te wysoko wyda...
  • PR200 to uniwersalne i łatwe w obsłudze urządzenie zaprojektowane w plastikowej obudowie do montażu na szynie DIN jako alternatywa dla PLC. Przekaźnik jest dostępny w kilku wersjach dla napięcia stałego i przemiennego. Jest wyposażony w cyf...
  • Sterowniki  z serii SIMATIC S7-1200 oferują szeroki zakres funkcjonalności i zintegrowane wejścia/wyjścia zamknięte w kompaktowej obudowie. Są doskonałym narzędziem do realizacji standardowych projektów i zadań automatyki, a jednostki S7-12...
  • Ekonomiczne monitorowanie i sterowanie, teraz także dzięki panelom 2 generacji. Dzięki odpowiedniemu doborowi funkcji HMI, panele Basic 2 generacji stanowią doskonałe rozwiązanie przy produkcji maszyn lub w małych aplikacjach przemysłowych....
  • Nowe modułowe sterowniki programowalne PLC firmy Eaton umożliwiają producentom maszyn i systemów opracowywanie nowoczesnych koncepcji automatyki, zwłaszcza w połączeniu z systemem XN300 I/O i panelem dotykowym XV300. Modułowy sterownik zape...
  • Monitorowanie obciążenia i rozdział potencjałów w jednym kompletnym rozwiązaniu To innowacyjny system dystrybucji napięcia 24 V DC zapewniający monitorowanie obciążenia i dystrybucję potencjałów w jednym kompletnym rozwiązaniu. Bezawaryjna ...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia