Bramka LoRa-Komunikacja bezprzewodowa jest dużą częścią przestrzeni internetowej i istnieje kilka architektur dla tego typu sieci. Jedną z nich jest LoRa, która działa jak WiFi, ale z dużym zasięgiem i niskim zużyciem energii.
Platforma jest idealna dla IoT, więc jeśli pracujesz nad projektem IoT, oto dogłębne spojrzenie na LoRa i jak wdrożyć bramkę LoRa IoT przy użyciu komputera jednopłytkowego Raspberry Pi.
Bramka LoRa-Co to jest LoRa i LoRaWAN?
LoRa to skrót od Long Range i jest to zastrzeżony system komunikacji bezprzewodowej o niskim poborze mocy i dużym zasięgu. Technika modulacji bezprzewodowej wywodzi się z technologii CSS (Chirp Spread Spectrum), która koduje dane na falach radiowych za pomocą impulsów chirp.
LoRa działa na wolnym od licencji widmie bezprzewodowym, podobnie jak WiFi, ale zazwyczaj w pasmach podgigahercowych. Można jednak działać w 2,4 GHz, ponieważ dokładna częstotliwość używana przy komunikacji LoRa zależy od fizycznej lokalizacji wdrożenia.
Niektórzy używają LoRa i LoRaWAN zamiennie, ale te dwa pojęcia są różne. LoRa to sprzęt do komunikacji bezprzewodowej, natomiast LoRaWAN to protokół sieciowy warstwy MAC (Media Access Control) zbudowany dla modulacji LoRa. W prostych słowach, LoRaWAN to oprogramowanie, które dyktuje jak używać sprzętu LoRa.
Bramka LoRa-Czym są bramy i węzły LoRaWAN?
Węzły i bramy LoRaWAN to dwa z czterech podstawowych komponentów w architekturze sieci LoRaWAN. Węzły (end nodes) są czujnikami brzegowymi lub urządzeniami w sieci, podczas gdy bramy zbierają dane z kilku węzłów końcowych, aby wysłać je do serwera sieciowego i na odwrót. Pozostałe dwa elementy to serwer sieciowy i serwer aplikacji.
Bramka LoRa-Jak działa brama LoRa?
Sprzęt LoRa działa na szczycie oprogramowania protokołu sieciowego LoRaWAN, wysyłając małe, zakodowane pakiety danych na dużą odległość za pomocą impulsów chirp (o liniowej zmianie częstotliwości). Sieć ta komunikuje się z węzłami końcowymi tam i z powrotem.
W USA częstotliwość ISM przeznaczona dla technologii LoRa to 915 MHz, a jej zasięg transmisji wynosi 10 km przy zachowaniu linii wzroku. W związku z tym na terenach miejskich spodziewajcie się maksymalnie 3-km zasięgu. Sieć jest jednak niezawodna, ponieważ przesunięcie częstotliwości między nadajnikiem a odbiornikiem zmniejsza szerokość pasma o około 20% bez zakłócenia wydajności dekodowania. Ta niezawodność pomaga zminimalizować utratę pakietów.
Brama składa się ze sprzętu i oprogramowania aplikacyjnego wymaganego do połączenia węzłów końcowych z chmurą. Ponieważ w sieci jest kilka bramek, ta z najbardziej stabilnym połączeniem z urządzeniem IoT przekazuje pakiet do serwera. Pozostałe bramy służą do redundancji w przypadku, gdy jedna zawiedzie.
Korzyści z używania bramek LoRaWAN z węzłami końcowymi
Sieć jest podobna do WiFi i ma następujące zalety.
Zoptymalizowana pod kątem niskiego zużycia energii i może działać na bateriach przez lata
Szyfrowanie end-to-end AES-128
Możliwość obsługi milionów wiadomości z wielu bramek
Umożliwia zdalną aktualizację oprogramowania sprzętowego dla podłączonych urządzeń
Działa w wolnym od licencji paśmie ISM
Penetruje w głąb wielopiętrowych budynków
Duży zasięg sieci bezprzewodowej (2-3 kilometry w miastach, 10+ kilometrów na otwartych terenach wiejskich)
Szybkość transmisji danych 0,3 - 50 kbps
Jeśli chodzi o bramy LoRaWAN, mają one następujące zalety.
Zapewniają redundancję, aby zminimalizować zakłócenia w świadczeniu usług.
Przystępne cenowo i skalowalne.
rozwijającej się globalnej sieci
Ustawianie ustawień sieci LoRaWAN przy użyciu Raspberry Pi
Celem jest utworzenie bramy LoRaWAN, a następnie zarejestrowanie jej w sieci przedmiotów (TTN) i sprawdzenie, czy łącza do danych są podłączone do urządzeń Będziesz potrzebował pakietu LoRaWAN Developer Gateway podobnego do RAK7243, który zawiera RAPBERY PI 3B + oraz kark RAK2245 Pi z modułem GPS
Konfiguracja wymaga następujących kroków
Bramka LoRa-Krok pierwszy Pamięć flash SD
Pobierz i wyodrębnij najnowszy obraz oprogramowania sprzętowego Raspbian (RAK7243, a nie RAK7243C obsługujący LTE) na komputer z czytnikiem SD
Zainstaluj i uruchom narzędzie Etcher Open Source
Włóż kartę SD zawartą w zestawie do czytnika kart (możliwość wykrywania trawienia automatycznie wykrywa przesunięcie)
Ustaw źródłowy plik obrazu i cel w Etcher, a następnie kliknij przycisk Odśwież (odświeżanie zajmie 2-3 minuty
Wysuń kartę SD
W przypadku komputerów z systemem Linux należy postępować zgodnie z tymi samymi krokami
Bramka LoRa-Krok drugi Dodaj prąd
Przed uruchomieniem bramy LoRa należy podłączyć dwie anteny do systemu GPS Następnie należy podłączyć kartę SD, podłączyć zasilacz do portu micro USB i włączyć zasilanie
Krok trzeci Testowanie sieci bezprzewodowej
Po włączeniu bramy sprawdź, czy jest ona wyświetlana jako punkt dostępu WiFi o nazwie sieci Rakwireless_XXXX Użyj hasła „ rakwireless”, aby połączyć komputer z tą siecią Sprawdź adres bramy w ustawieniach WiFi podłączonego komputera i sprawdź, czy można zalogować się do urządzenia za pośrednictwem ssh Domyślną nazwą użytkownika i hasłem są odpowiednio" pi" i" raspberry"
Krok czwarty Dodawanie bramy LoRa do sieci LAN Ethernet
Brama posiada stały adres IP sieci Ethernet (192.168.10.10), który można użyć w odpowiednio skonfigurowanym komputerze Jednak najlepiej jest pozwolić urządzeniu uzyskać adres IP z sieci zarządzanej Dla tego wykorzystuje się
Konfiguracja logowania za pośrednictwem połączeń SSH i WiFi
Utwórz kopię zapasową pliku konfiguracyjnego (/etc/dhcpcd.conf)
W pliku konfiguracyjnym komentuj wiersze, w których utworzono kodowany adres (te wiersze znajdują się poniżej ostrzeżenia)
Ponowne uruchomienie protokołu
Podłącz ponownie komputer do urządzenia za pośrednictwem sieci WiFi i uruchom" ifconfig", aby sprawdzić nowo dostarczony adres
Zmodyfikuj router, aby nowy adres DHCP stał się stałym adresem bramy
Sprawdź, czy ssh nadal pracuje na nowym adresie DHCP
Jeśli wszystko jest w porządku, powinieneś mieć możliwość korzystania z protokołu ssh za pośrednictwem sieci Ethernet lub WiFi
Bramka LoRa-Krok piąty Konfiguracja scentralizowanego urządzenia LoRa dla TTN
Następnie należy wykonać następujące czynności, aby skonfigurować bramę przejściową dla TTN
Połącz się z bramą przez ssh i uruchom narzędzie konfiguracyjne sudo gateway-config
Wybierz opcję Ustaw koncentrator LoRa bramy RAK, a następnie wybierz opcję Serwer to TTN
Wybierz właściwy program kanału w zależności od kraju (w naszym przypadku US_902_928)
Bramka LoRa-Uzyskaj identyfikator EUI bramy do rejestracji TTN
Użyj poniższego polecenia, aby uzyskać identyfikator bramy zarejestrowany w TTN
Krok siódmy Utwórz konto TTN i zarejestruj połączenia sieciowe
Utwórz konto TTN, zaloguj się i postępuj zgodnie z instrukcjami rejestracji bramy
Bramka LoRa-Krok ósmy Połącz TTN z siecią
TTN spróbuje połączyć się z bramą natychmiast po zarejestrowaniu, ale prawdopodobnie nie powiedzie się i wyświetli komunikat „ Brak połączenia” Jeśli stan Brak połączenia będzie trwał, należy rozwiązać problem z siecią lub użyć poniższego polecenia, aby utworzyć połączenie TCP z bramy do portu MQTT na serwerze
Krok dziewiąty Znaleźliśmy wejście na mapie TTN
Następnie znajdź bramę na mapie świata TTN, która zawiera tylko szczegóły dotyczące wszystkich rejestrowanych bram TTN
Krok dziesięć Obserwuj łącza danych w górę z pobliskich węzłów
Następnie umieść węzeł końcowy w odległości kilku stóp od bramy i zasil go. Obserwuj dane węzła zalogowane na Twoim koncie TTN (pod stroną z danymi urządzenia w konsoli aplikacji).
Przesyłanie danych odbywa się w czasie rzeczywistym, a ładunki danych będą przychodzić z węzła co 6-7 sekund.
Bramka LoRa-Zalecenia dla bramek LoRaWAN i węzłów końcowych
Musisz zainwestować w niezawodny sprzęt dla swojej sieci LoRaWAN, a oto kilka rekomendacji bramek i węzłów końcowych.
Moduły bramy LoRaWAN WM1302
Ten moduł bramy w formie mini PCIe posiada nowy chip Semtech SX1302, który charakteryzuje się ultra niskim zużyciem energii przy zachowaniu wysokiej wydajności statystyk. Urządzenie LoRa charakteryzuje się również ultra niską temperaturą pracy, eliminując potrzebę zarządzania termicznego.
Bramka LoRa-Cisco Wireless LoRaWAN Gateway
Ta brama Cisco może komunikować się z urządzeniami klasy A, B i C i posiada dwa układy bazowe Semtech SX1301. Obsługuje 16 kanałów uplink, które mogą odbierać 16 pakietów LoRa jednocześnie. Dodatkowo można skonfigurować oprogramowanie urządzenia do pracy z wielokanałowymi kombinacjami różnorodności.
MultiConnect Conduit firmly Multi-Tech Systems
Zasięg MultiConnect Conduit może sięgać nawet 10 mil przy linii wzroku, ale w mieście zmniejsza się do 3 mil ze względu na budynki i konstrukcje. Wyposażono go w WiFi, Bluetooth (w tym BLE), dwa sloty na karty akcesoriów oraz GNSS.
Bramka LoRa-Laurier LR2 IoT LoRaWAN Gateway 868MHz
Ta bramka LoRa IoT klasy operatorskiej wykorzystuje procesor basebandowy Semtech SX1301 i opiera swoją zasadę działania na koncentratorze LoRaWAN iC880a. Posiada osiem kanałów, które mogą obsługiwać tysiące punktów końcowych.
Zastosowania i przypadki użycia dla LoRaWAN
Logistyka, zarządzanie flotami transportowymi
Monitoring środowiska
Kontrola jakości powietrza
Czujniki parkowania, inteligentne miasta i oświetlenie, zarządzanie odpadami itp.
Zarządzanie powodzią, wykrywanie wycieków
Monitorowanie temperatury w przemyśle spożywczym
Optymalizacja zużycia wody w przemyśle rolniczym
Monitorowanie zdrowia/sprawności fizycznej
Monitorowanie łańcucha chłodniczego
Podsumowanie
There you have it!!! Architektura sieci LoRaWAN jest kluczowa dla projektów IoT, a skonfigurowanie bramy wymaga tylko kilku kroków. Jeśli napotkasz po drodze jakieś problemy, zadzwoń do nas po dalsze wyjaśnienia.