Корпоративная сеть LoRaWAN

13 февраля 2018
ПК "СИРИУС"

В современном мире технологий основой для использования и автоматического управления любыми приборами является дистанционное оборудование. Для того чтобы передать большое количество
информации за маленький срок необходим высокочастотный радиоканал с минимальными помехами. Поэтому к современному оборудованию применяются довольно жесткие критерии.
Изначально для передачи данных использовались GSM-приемники. Но технологии не стоят на месте и на сегодняшний день одной из самых распространенных сетей является LoRaWAN. Данная технология работает в диапазонах, не использующие лицензию, и с оборудованием, потребляющие минимальную мощность –до 14дБ.

Компания Semtech поставляет на рынок чипсеты SX12xx. На их базе можно сконструировать радио модуль для передачи данных точка-точка. Такой способ наиболее дешевый по оборудованию, но требует больших работ от программиста. Необходимо контролировать как сами сеансы, так и потерянные пакеты, в процессе передачи, возможные сбои и блокировка мошеннических действий.


Компания IBM совместно с Semtech представили технологию LoRaWAN, которая изначально включает все функции для безопасной передачи данных. Если представить это в виде схемы, то получим основной сервер с несколькими шлюзами и много маленьких устройств, которые передают информацию через близлежащие шлюзы.
Каждому пользователю автоматически присваивается идентификационный номер, по которому идет распознавание. У каждого устройства тоже есть свой номер и ключ регистрации в службе. Зарегистрироваться можно несколькими способами: OTAA или ABP. Каждый способ предполагает введение ключей и идентификационного номера. Регистрация необходима только один раз.
После прохождения идентификации можно использовать устройство в одном из трех классов.

  1.  Класс А. Большую часть времени проводят во сне, периодически отправляя информацию на сервер. При таком использовании экономится электроэнергия, но невозможно произвести короткий обмен данными.
  2.  Класс С. Прием ведется всегда. Из минусов – большой расход энергии, зато оборудование всегда в сети.
  3.  Класс В. Самый оптимальный вариант, устройство спит, но часто просыпается для отправки данных. В итоге получается среднее энергопотребление и быстрая передача. Однако, серверов, поддерживающих такие устройства, практически нет.

Всю документацию по технологии LoRaWAN можно найти в интернете, где она хранится в свободном доступе.
Клиентские устройства, регистрируемые в сети, зачастую потребляют мало энергии и являются относительно дешевыми. Легкий вариант использовать уже готовые модули с UART-командным интерфейсом. Например, RN2483 от Microchip, может работать в общих сетях и имеет доступ к тестовому режиму.

В некоторых регионах нет открытых сетей, поэтому применяется LoRaWAN-стек от IBM или Semtech. Самая дорогая часть – это шлюз. Он необходим для передачи и ретрансляции данных. Если обобщить, то это передатчик с большим количеством каналов. Самый простой состоит из двух чипсетов и процессора. Чем больше «начинки», тем мощнее шлюз. Но как показывает практика, даже самый простой шлюз способен прекрасно справляться со своей работой. Если необходимо увеличить сеть, то можно добавить еще несколько обычных шлюзов.


На рынке сегодня представлены многофункциональные и дорогие шлюзы, которые адаптированы под большую площадь покрытия. Это модели Wirnet Station от Kerlink и GDOx02 от Manthink. Производители решили представить свое оборудование, которое не будет уступать по функционалу, но значительно уступит в стоимости. Из более бюджетных вариантов можно выделить IC880A от IMST и RHF0M31 от RisingHF.
Но самое интересное это не составляющие сети, а непосредственно регистрация и работа в ней. Итак, проведем тест. На обычную sd-карту был записан образ операционной системы. После введения логина и пароля происходит создание раздела для файловой системы. Для корректировки радиоканала используется обычный драйвер. Приложение packet_forwarder необходимо для обеспечения передачи данных в сети LoRaWAN. После установки необходимо указать IP или имя, с которым будет работать шлюз. Если шлюзов несколько, для каждого прописать MAC-адрес. После этого регистрация в сети завершена.
Центром сети является сервер. Если просто тестировать, то можно взять сервер с открытым кодом. Сначала нужно произвести настройку, прописав шлюзы и клиентские устройства. По итогам получаем тестовую LoRaWAN сеть, где зарегистрированы малопотребляющие устройства.