Руководство по датчикам LoRaWAN: Варианты использования и типы

Эта статья представляет собой введение в датчики Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) и объясняет, почему они важны. В ней объясняются преимущества развертывания датчиков LoRaWAN, что такое датчик Интернета вещей (IoT), какие типы датчиков существуют, принцип работы датчиков LoRaWAN, а также несколько различных типов датчиков LoRaWAN. Наконец, в заключение мы расскажем о преимуществах использования датчиков LoRaWAN в IoT-приложениях. 

Что такое LoRaWAN и почему она важна? 

Как уже говорилось в предыдущих статьях, LoRaWAN расшифровывается как "Long Range Wide Area Network" и представляет собой сетевой протокол, созданный на основе радиомодуляции LoRa. Он стал популярен благодаря продвижению альянсов, продвигающих LoRa в приложениях Интернета вещей (IoT). К перспективным возможностям относятся: 

• Работа на больших расстояниях: IoT-приложения LoRaWAN могут устанавливать связь на большие расстояния - до 13 км в сельской местности и до ~ 10 км в городской. 
• Низкое энергопотребление: Устройства LoRaWAN, работающие на основе радиомодуляции LoRa, потребляют мало энергии по сравнению с другими глобальными сетями (WAN), такими как сотовая связь. 
• Безопасное соединение: Устройства с поддержкой LoRa оснащены 128-битным шифрованием AES для защиты передачи информации. 
• Увеличение срока службы батарей: Развернутые устройства LoRa обычно работают от аккумуляторов, и срок их службы составляет около 10 лет. 
• Низкая стоимость устройств 

Эти особенности делают LoRaWAN популярным вариантом для глобальных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN) IoT-приложения, требующие небольшой полезной нагрузки и пропускной способности. 

Что такое датчик LoRaWAN? 

Датчики LoRaWAN - это конечные устройства, развернутые в сети LoRaWAN. Они относятся к большой категории датчиков IoT. Поэтому стоит обсудить, что такое IoT-датчик.  

Датчик IoT - это конечное устройство, отвечающее за взаимодействие с физической средой. Они получают значения физических параметров и преобразуют их в сигналы, которые затем считываются интеллектуальным узлом, например микроконтроллером. Главная особенность IoT-датчика заключается в том, что он передает собранные физические данные через интернет на интеллектуальный узел. Для обеспечения подключения к интернету широко используются различные беспроводные средства связи, такие как Wi-Fi и сотовая связь. 

Теперь, имея краткое представление о том, что такое IoT-датчик, давайте посмотрим, что представляют собой датчики LoRaWAN. Датчики LoRaWAN - это тип IoT-датчиков, в которых средой беспроводной связи является радиомодуляция LoRa. Они обладают всеми преимуществами радиомодуляции LoRa, о которых мы говорили ранее. Датчики LoRaWAN действуют как обычные датчики IoT, не считая этих неотъемлемых особенностей. Однако они приспособлены для развертывания в сетях LoRaWAN, а не в обычных WAN-сетях. 

Потребность в таких датчиках LoRaWAN возникла из-за множества приложений, использующих радиомодуляцию LoRa. Это было обусловлено их дешевой стоимостью и низким энергопотреблением, что делает их идеальными для датчиков с батарейным питанием. Кроме того, датчики LoRaWAN могут передавать информацию на большое расстояние, что делает их более совершенными по сравнению с обычными датчиками IoT. Также, благодаря использованию радиомодуляции LoRa, они могут отлично работать в условиях, где может быть больше помех и шумов.  

Принцип работы датчика LoRaWAN

Датчики LoRaWAN состоят из двух основных элементов: 

• Чувствительный элемент 
• Модуль LoRa 

Чувствительный элемент отвечает за получение или измерение необходимых физических параметров. Это могут быть различные чувствительные элементы, такие как акселерометры, температурные датчики, датчики давления и т. д.  

Модуль LoRa выполняет функции радиомодуля или модуля связи. Он обеспечивает радиомодуляцию LoRa для передачи данных с датчиков на интеллектуальное устройство. Он также отвечает за обеспечение мер безопасности, таких как надлежащее шифрование для обеспечения радиомодуляции LoRa. Модули LoRa не передают данные непрерывно и имеют ограниченную скорость передачи. Это, однако, увеличивает время задержки при передаче данных. Датчики LoRaWAN делятся на три основных класса, в зависимости от режима передачи данных по каналу приема: 

• Класс A: Им разрешено получать информацию в определенных окнах приема 
• Класс B: Для них предусмотрены дополнительные окна приема, однако они заранее запланированы 
• Класс C: эти устройства будут получать информацию, если они не передают данные, следовательно, задержка будет меньше. Однако устройства этого класса очень энергоемки. 

В идеале датчики LoRaWAN должны передавать данные сенсора на Шлюз LoRa в сети LoRaWAN, а в некоторых случаях - непосредственно в центральный узел, например сервер. Затем эта информация обрабатывается центральным узлом, например локальным или облачным сервером, где пользователь может получить доступ к своему приложению и контролировать его работу. 

Типы датчиков LoRaWAN 

Датчики LoRaWAN можно разделить на различные категории в зависимости от типа используемого приложения. Сети LoRaWAN популярны в следующих вертикалях: 

• Приложения для мониторинга: Устройства LoRaWAN могут передавать информацию в виде коротких всплесков сообщений, что делает их подходящими для приложений, не требующих непрерывного наблюдения 
• Безопасные приложения: Благодаря встроенным функциям безопасности, датчики LoRaWAN предпочтительны в приложениях, требующих высокой безопасности 
• Применение на больших расстояниях: Датчики LoRaWAN могут передавать информацию на большие расстояния, что делает их идеальным кандидатом для мониторинга объектов, требующих работы на больших расстояниях 

В зависимости от вертикали и различных областей применения датчики LoRaWAN могут быть разными. В этой статье мы кратко рассмотрим некоторые из распространенных датчиков LoRaWAN. 

• Датчики движения 

Они используются для обнаружения движения в таких приложениях, как мониторинг активов, домашняя безопасность, автоматизация и отслеживание присутствия людей. Датчики движения могут обнаруживать движение людей и предметов. Затем они подают сигнал тревоги или производят подсчет обнаруженного движения. Существуют различные коммерческие датчики движения, предназначенные для различных пользовательских приложений. 

• Датчики слежения 

Датчики LoRaWAN полезны для отслеживания активов в таких отраслях, как цепочки поставок. Обычно они устанавливаются на объектах или людях, чтобы отслеживать их на больших расстояниях. Основным преимуществом датчиков слежения LoRaWAN по сравнению с другими устройствами слежения является их энергоэффективность. 

• Датчики окружающей среды 

Это самые популярные датчики LoRaWAN, которые используются в настоящее время. Экологические LoRaWAN-датчики могут измерять уровень CO2, влажность, температуру, качество воздуха и т. д. и широко используются в умном сельском хозяйстве, приложениях для мониторинга стихийных бедствий, умных городах и в других общественных службах. В настоящее время существует огромный спрос на экологические датчики LoRaWAN, что обусловлено их низким энергопотреблением и дешевизной обслуживания. 

Почему стоит использовать датчик LoRaWAN? 

Вы можете рассмотреть датчики LoRaWAN в своем приложении, если вы проверяете следующие факторы: 

• Использование сети LoRaWAN для обеспечения работы на больших расстояниях 
• Использование конечных устройств с батарейным питанием, что ограничивает допустимое энергопотребление 
• Наличие многочисленных источников шума и помех в рабочей среде. Хорошим примером такой среды является завод по автоматизации 
• Безопасность и надежность являются ключевыми факторами при применении 

Однако причины выбора датчиков LoRaWAN не ограничиваются перечисленными выше факторами, а зависят от характера пользовательского приложения. 

Преимущества датчиков LoRaWAN

К основным преимуществам развертывания датчиков LoRaWAN относятся: 

• Их легко развернуть. Кроме того, затраты на обслуживание очень низкие по сравнению с другими решениями IoT, такими как Wi-Fi. 
• Датчики LoRaWAN используют безлицензионный частотный спектрчто не требует дополнительных затрат на лицензирование 
• Низкое энергопотребление и большой радиус действия делают их популярным решением для сетей LPWAN 
• С созданием Альянс LoRaДатчики на основе LoRa поддерживаются и признаны во всем мире 
• Длительный срок службы батареи 
• Безопасное и надежное соединение 

Заключение 

В заключение можно сказать, что датчики LoRaWAN - это популярное решение для IoT-приложений, если для вас важны дальность работы и время автономной работы. Тем не менее, датчики LoRaWAN обеспечивают надежность IoT-приложений, работающих в глобальных сетях.