Przewodnik po czujnikach LoRaWAN: Przypadki użycia i typy

Niniejszy artykuł stanowi wprowadzenie do czujników sieci rozległej dalekiego zasięgu (LoRaWAN) i wyjaśnia, dlaczego są one ważne. Wyjaśniono w nim korzyści płynące z wdrożenia czujnika LoRaWAN, czym jest czujnik Internetu rzeczy (IoT), jakie rodzaje czujników są dostępne i jaka jest zasada działania czujników LoRaWAN, a następnie przedstawiono kilka różnych typów czujników LoRaWAN. Na koniec przedstawimy zalety korzystania z czujników LoRaWAN w aplikacjach IoT. 

Czym jest LoRaWAN i dlaczego jest ważna? 

Jak wspomniano w poprzednich artykułach, LoRaWAN LoRa to skrót od "Long Range Wide Area Network", który jest protokołem sieciowym opartym na modulacji radiowej LoRa. Stał się on popularny wraz z rozwojem sojuszy promujących LoRa w aplikacjach Internetu rzeczy (IoT). Te obiecujące funkcje obejmują: 

• Działanie na dużych odległościach: Aplikacje LoRaWAN IoT mogą ustanowić komunikację dalekiego zasięgu co1TP14 obejmującą do 13 km w środowisku wiejskim i do ~ 10 km w środowisku miejskim. 
• Niskie zużycie energii: Urządzenia LoRaWAN obsługujące modulację radiową LoRa zużywają mało energii w porównaniu z innymi sieciami rozległymi (WAN), takimi jak komunikacja komórkowa co1TP14. 
• Bezpieczne połączenie: Urządzenia obsługujące LoRa są wyposażone w 128-bitowe szyfrowanie AES w celu zabezpieczenia transmisji informacji. 
• Zwiększona żywotność baterii: Wdrożone urządzenia LoRa są zazwyczaj zasilane bateryjnie, a ich żywotność wynosi około 10 lat. 
• Niski koszt urządzeń 

Cechy te sprawiają, że LoRaWAN jest popularną opcją dla sieci WAN o niskim poborze mocy (LPWAN) Aplikacje IoT, które wymagają niewielkiej ładowności i przepustowości. 

Czym jest czujnik LoRaWAN? 

Czujniki LoRaWAN to urządzenia końcowe wdrożone w sieci LoRaWAN. Należą one do dużych kategorii czujników IoT. Dlatego warto omówić, czym jest czujnik IoT.  

Czujnik IoT to urządzenie końcowe odpowiedzialne za interakcję ze środowiskiem fizycznym. Pozyskują one wartości parametrów fizycznych i konwertują je na sygnały, które są następnie odczytywane przez inteligentny węzeł, taki jak mikrokontroler. Główną cechą czujnika IoT jest to, że przesyła on zebrane dane fizyczne przez Internet do inteligentnego węzła. Aby ułatwić połączenie z Internetem, szeroko stosowane są różne bezprzewodowe media komunikacyjne, takie jak Wi-Fi i komórkowe. 

Teraz, po krótkim zrozumieniu, czym jest czujnik IoT, zobaczmy, czym są czujniki LoRaWAN. Czujniki LoRaWAN to rodzaj czujników IoT, w których bezprzewodowym medium komunikacyjnym jest modulacja radiowa LoRa. Mają one z natury korzystne cechy modulacji radiowej LoRa, które omówiliśmy wcześniej. Czujniki LoRaWAN działałyby jak zwykłe czujniki IoT, oprócz tych nieodłącznych cech. Są one jednak dostosowane do wdrożenia w sieciach LoRaWAN, a nie w konwencjonalnych sieciach WAN. 

Zapotrzebowanie na takie czujniki LoRaWAN pojawiło się ze względu na wiele aplikacji wykorzystujących modulację radiową LoRa. Było to motywowane ich niskim kosztem i niższym zużyciem energii, co czyni je idealnymi czujnikami zasilanymi bateryjnie. Co więcej, czujniki LoRaWAN mogą przesyłać informacje na duże odległości, co czyni je lepszymi w porównaniu do konwencjonalnych czujników IoT. Ponadto, ze względu na zastosowanie modulacji radiowej LoRa, mogą one działać bardzo dobrze w środowiskach, w których może występować więcej zakłóceń i szumów.  

Zasada działania czujnika LoRaWAN

Czujniki LoRaWAN składają się z dwóch głównych elementów: 

• Element czujnikowy 
• Moduł LoRa 

Element czujnikowy jest odpowiedzialny za pozyskiwanie lub wykrywanie pożądanych parametrów fizycznych. Mogą to być różne elementy czujnikowe, takie jak akcelerometry, czujniki temperatury, czujniki ciśnienia itp.  

Moduł LoRa działa jako moduł radiowy lub moduł komunikacyjny co1TP14. Umożliwia on modulację radiową LoRa, aby umożliwić przesyłanie danych z czujników do inteligentnej jednostki. Jest również odpowiedzialny za umożliwienie pomiarów bezpieczeństwa, takich jak odpowiednie szyfrowanie, aby umożliwić modulację radiową LoRa. Moduły LoRa nie transmitują danych w sposób ciągły i mają ograniczoną szybkość transmisji. Dodaje to jednak opóźnienia w komunikacji co1TP14. Czujniki LoRaWAN dzielą się na trzy główne klasy, w zależności od trybu transmisji danych w łączu odbiorczym: 

• Klasa A: Mogą odbierać informacje w określonych oknach odbioru 
• Klasa B: Otrzymują one dodatkowe okna odbioru, jednak są one wstępnie zaplanowane. 
• Klasa C: Urządzenia te odbierałyby informacje, o ile nie przesyłałyby danych, stąd mniejsze opóźnienia. Jednak te klasy urządzeń są bardzo energochłonne 

Idealnie byłoby, gdyby czujniki LoRaWAN kommunicate dane z czujników do Bramka LoRa w sieci LoRaWAN lub, w niektórych przypadkach, bezpośrednio do centralnego węzła, takiego jak serwer. Informacje te są następnie przetwarzane przez centralny węzeł, taki jak serwer lokalny lub serwer w chmurze, gdzie użytkownik może uzyskać dostęp i monitorować swoją aplikację. 

Rodzaje czujników LoRaWAN 

Czujniki LoRaWAN można podzielić na różne kategorie w zależności od rodzaju używanej aplikacji. Sieci LoRaWAN są popularne w następujących branżach: 

• Aplikacje monitorujące: Urządzenia LoRaWAN mogą wysyłać informacje w postaci krótkich serii komunikatów, dzięki czemu nadają się do zastosowań, które nie wymagają nieprzerwanego nadzoru 
• Bezpieczne aplikacje: Ze względu na nieodłączne funkcje bezpieczeństwa, czujniki LoRaWAN są preferowane w aplikacjach wymagających wysokiego poziomu bezpieczeństwa 
• Aplikacje dalekiego zasięgu: Czujniki LoRaWAN mogą przesyłać informacje na duże odległości, co czyni je idealnym kandydatem do monitorowania zasobów, które wymagają pracy na dużych odległościach. 

W zależności od branży i różnych typów zastosowań czujniki LoRaWAN różnią się między sobą. W tym artykule pokrótce omówimy niektóre z czujników LoRaWAN common. 

• Czujniki ruchu 

Są one wykorzystywane do wykrywania ruchu w aplikacjach takich jak monitorowanie zasobów, bezpieczeństwo domu, aplikacje automatyki i śledzenie obecności. Czujniki ruchu mogą wykrywać ruch ludzi i obiektów. Następnie uruchamiają alarm lub zliczają wykryty ruch. Istnieją różne czujniki ruchu commercial dostępne dla różnych aplikacji użytkownika. 

• Czujniki śledzenia 

Śledzące czujniki LoRaWAN są przydatne do śledzenia zasobów w branżach takich jak łańcuchy dostaw. Są one zwykle montowane na obiektach lub ludziach, aby śledzić je na dużych odległościach. Główną zaletą czujników śledzących LoRaWAN, w porównaniu do innych urządzeń śledzących, jest ich energooszczędność. 

• Czujniki środowiskowe 

Są to najpopularniejsze czujniki LoRaWAN, które są obecnie w użyciu. Czujniki środowiskowe LoRaWAN mogą mierzyć poziom CO2, wilgotność, temperaturę, jakość powietrza itp. i są szeroko stosowane w inteligentnym rolnictwie, aplikacjach do monitorowania katastrof, inteligentnych miastach i innych usługach publicznych. Obecnie istnieje ogromne zapotrzebowanie na czujniki środowiskowe LoRaWAN, ze względu na ich niską moc i niższe koszty utrzymania. 

Dlaczego warto używać czujnika LoRaWAN? 

Warto rozważyć czujniki LoRaWAN w swojej aplikacji, jeśli sprawdzane są następujące czynniki: 

• Wykorzystanie sieci LoRaWAN w celu umożliwienia pracy na dużych odległościach 
• Korzystanie z urządzeń końcowych zasilanych bateryjnie, co ogranicza dopuszczalny pobór mocy 
• Obecność licznych źródeł hałasu i zakłóceń w środowisku pracy. Dobrym przykładem takiego środowiska jest zakład automatyki 
• Bezpieczeństwo i niezawodność są kluczowymi czynnikami w aplikacji 

Jednak powody wyboru czujników LoRaWAN nie ograniczają się do powyższych czynników, ale zależą od charakteru aplikacji użytkownika. 

Zalety czujnika LoRaWAN

Niektóre z kluczowych korzyści płynących z wdrożenia czujników LoRaWAN są następujące: 

• Są łatwe do wdrożenia. Ponadto, ponoszone koszty utrzymania są bardzo niskie w porównaniu do innych rozwiązań IoT, takich jak Wi-Fi. 
• Czujniki LoRaWAN wykorzystują Nielicencjonowane widmo częstotliwościktóra nie wymaga dodatkowych kosztów licencyjnych 
• Niskie zużycie energii i duży zasięg działania sprawiają, że są one popularnym rozwiązaniem sieciowym LPWAN. 
• Wraz z ustanowieniem LoRa AllianceCzujniki oparte na LoRa są obsługiwane i dobrze rozpoznawane na całym świecie 
• Długa żywotność baterii 
• Bezpieczne i niezawodne połączenie 

Wnioski 

Podsumowując, możemy powiedzieć, że czujniki LoRaWAN są popularnym rozwiązaniem dla aplikacji IoT, jeśli głównym problemem jest zasięg działania i żywotność baterii. Niemniej jednak czujniki LoRaWAN zapewniają niezawodność aplikacji IoT w sieciach rozległych.