Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

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

941 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<

Poznaj funkcje SEE Electrical, które przyspieszają rysowanie schematów elektrycznych

Poznaj funkcje SEE Electrical, które przyspieszają rysowanie schematów elektrycznych

>KLIKNIJ<

Implementacja wymiany danych przy pomocy JSON API na przykładzie przekaźnika easyE4

Implementacja wymiany danych przy pomocy JSON API na przykładzie przekaźnika easyE4

>KLIKNIJ<

Publikuj artykuły razem z iAutomatyka.pl – Integrujemy Ludzi z Automatyką!

Publikuj artykuły razem z iAutomatyka.pl – Integrujemy Ludzi z Automatyką!

>KLIKNIJ<

Firma RENEX odznaczona tytułem Gazeli Biznesu

Firma RENEX odznaczona tytułem Gazeli Biznesu

>KLIKNIJ<

Kompaktowy sterownik z oprogramowaniem TwinCAT 3: większa skalowalność, większe możliwości!

Kompaktowy sterownik z oprogramowaniem TwinCAT 3: większa skalowalność, większe możliwości!

>KLIKNIJ<

Świat według automatyka – wywiad ze sterownikiem easyE4

Świat według automatyka – wywiad ze sterownikiem easyE4

>KLIKNIJ<

Akademia PLC #1 – Sterowniki Unitronics serii UniStream

Akademia PLC #1 – Sterowniki Unitronics serii UniStream

>KLIKNIJ<

5 porad, jak odnieść sukces w branży automatyki przemysłowej na przykładzie firmy MPL Techma

5 porad, jak odnieść sukces w branży automatyki przemysłowej na przykładzie firmy MPL Techma

>KLIKNIJ<

Szkolenia z 75% rabatem od Mitsubishi Electric

Szkolenia z 75% rabatem od Mitsubishi Electric

>KLIKNIJ<

Czym są przekaźniki instalacyjne i jak ich używać?

Czym są przekaźniki instalacyjne i jak ich używać?

>KLIKNIJ<

Cyberbezpieczeństwo i Chmura – bezpłatne seminaria z ELMARK w 6 miastach

Cyberbezpieczeństwo i Chmura – bezpłatne seminaria z ELMARK w 6 miastach

>KLIKNIJ<

Sensory i czujniki w maszynach i obiektach automatyki – wywiad z Pepperl+Fuchs

Sensory i czujniki w maszynach i obiektach automatyki – wywiad z Pepperl+Fuchs

>KLIKNIJ<

Maszyna do napełniania i zamykania z LinMot

Maszyna do napełniania i zamykania z LinMot

>KLIKNIJ<

Meble przemysłowe ESD – przegląd cech dostawcy i produktu

Meble przemysłowe ESD – przegląd cech dostawcy i produktu

>KLIKNIJ<

Pierwsze w pełni zintegrowane rozwiązanie Machine-Centric Robotics – B&R i ABB

Pierwsze w pełni zintegrowane rozwiązanie Machine-Centric Robotics – B&R i ABB

>KLIKNIJ<

Programowanie PLC od podstaw – kurs dla automatyków i elektryków odc.1 – Wprowadzenie

Programowanie PLC od podstaw – kurs dla automatyków i elektryków odc.1 – Wprowadzenie

>KLIKNIJ<

KONKURS IAUTOMATYKA STYCZEŃ 2020

KONKURS IAUTOMATYKA STYCZEŃ 2020

>KLIKNIJ<

Przekaźnik elektromagnetyczny – co to jest i jak działa?

Przekaźnik elektromagnetyczny – co to jest i jak działa?

>KLIKNIJ<

Walka człowieka z robotem lutowniczym REECO na Polskiej Wystawie Gospodarczej

Walka człowieka z robotem lutowniczym REECO na Polskiej Wystawie Gospodarczej

>KLIKNIJ<

Pionierska technologia firmy Matisa

Pionierska technologia firmy Matisa





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • 1,740 PLN
    Szkolenie prowadzimy w naszym Autoryzowanym Centrum Szkoleniowym w Warszawie przy ul. Bukowińskiej 22 (lok. 1B, wejście od ul. Pejzażowej). W czasie jego trwania kursanci mają do dyspozycji trzy stanowiska szkoleniowe wyposażone w roboty Un...
    Czas trwania: 2 dni
    Link: Terminy
  • Zaprojektowane, aby zwiększyć wydajność Sterowniki FX5U/FX5UC zapewniają rodzinie FX wyższą wydajność oraz dodają nowe cechy, które wyznaczają standardy w klasie kompaktowych sterowników PLC. Pozwala to użytkownikom na tworzenie bardziej zł...
  • Szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk Usługa u-link gwarantuje szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk, co ułatwia zdalne utrzymanie ruchu, jednocześnie pozwalając na wydajne zarządzanie zakładami produkcyjnymi i stacjami klie...
  • Systemy RFID są ekonomiczne, uniwersalne i zapewniają niezawodność procesów, np. w intralogistyce. Zadania związane z identyfikacją stały się teraz łatwiejsze, szczególnie gdy potrzebna jest duża liczba punktów identyfikacji, dzięki  głowic...
  • Seria FX-100 Czujniki z serii FX-100 to najlepsze rozwiązanie pod względem stosunku jakości do ceny. Wyposażone są w funkcje szybkiego uczenia, co pozwala użytkownikom w szybki i prosty sposób przystosować czujnik do pracy z nieskomplikowan...
  • 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....



Dystrybutor urządzeń LoRaWAN

Sabur