LoRaWAN в системах управления освещением

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) — это беспроводной протокол, предназначенный для соединения устройств, работающих на портативных элементах питания, при подключении к сети Интернет. Стандарт предполагает низкое энергопотребление и в целом является протоколом интернета вещей. Он обеспечивает двунаправленную коммуникацию, сквозное шифрование и мобильность устройств.

Протокол LoRaWAN был впервые представлен в 2015 году, его разрабатывали компании Semtech Corporation и IBM Research. Название состоит из двух достаточно известных аббревиатур, LoRa и WAN.

В настоящий момент стандарт поддерживается и продвигается ассоциацией LoRa Alliance, в которую входит около пятисот компаний. В 2018 году организация LoRa Alliance включила частотные параметры для протокола для России в свой регламент. Поэтому для работы по протоколу LoRaWAN в России разрешены диапазоны частот от 868.710 до 869.210 мегагерц и от 864 до 865 мегагерц.

Как работают протокол и структуры LoRaWAN

Система LoRaWAN включает в себя конечные устройства, то есть точки, базовые станции, то есть шлюзы или гейты и центральный сервер. Пакеты данных поступают от конечных точек через шлюзы, а затем к центральному серверу, после чего обрабатываются сервером приложений и отправляются пользователю.

Датчики в системе LoRaWAN располагаются удаленно и работают от батареек или аккумуляторов. Это могут быть датчики освещенности, контроля параметров электрической сети, температуры и других параметров. Сервер получает данные от этих датчиков и удаленно управляет оборудованием в соответствии с заданной программой.

Фактически, LoRaWAN имеет «звездную» топологию, любая из конечных точек не привязана к конкретной станции или серверу. Данные принимаются сразу несколькими шлюзами, каждый из которых может переслать их на центральный сервер через традиционные сети связи, в том числе мобильную, Интернет, Wi-Fi и так далее, используя протокол TCP/IP.

Важная особенность базовых станций LoRaWAN — возможность принимать данные на разных скоростях по одному каналу в одно и то же время. Если датчик располагается недалеко от шлюза, протокол поддерживает высокую скорость передачи данных, поскольку в противном случае этот датчик займет канал на большее время, чем необходимо. Увеличение скорости в том случае, если датчик расположен близко к шлюзу, сокращает время работы точки в эфире и позволяет другим узлам также передавать информацию. Таким образом, для системы LoRaWAN характерно адаптивное изменение скорости.

Сферы применения протокола и технологии LoRaWAN

• считывание показаний счетчиков и датчиков;
• отслеживание местоположения транспорта;
• автоматизация зданий;
• управление уличным освещением.

Протокол LoRaWAN часто используется для управления городским, парковым и уличным освещением. Поскольку для его работы не требуется проводная связь, сигнал может передаваться по радио, что позволяет обеспечить большую область покрытия. На открытой местности некоторые базовые станции передают радиосигнал на расстоянии до 20 км, а в условиях плотной городской застройки – до 10 км. Российские базовые станции несколько уступают по дальнобойности, однако в сельской местности они способны обеспечивать стабильную связь на дистанции до 12-15 км.

Преимущества управления освещением при помощи LoRaWAN

• высокая скорость передачи данных (до 50 килобит в секунду);
• минимальное энергопотребление: даже на обычном аккумуляторе типа AA некоторые устройства могут проработать несколько лет;
• большое расстояние между узлами: одна базовая станция покрывает сотни квадратных километров;
• открытый протокол, не требующий приобретения лицензии на использование частот;
• простая и быстрая масштабируемость;
• повышенная устойчивость к радиопомехам;
• двухуровневое шифрование, которое обеспечивает достаточную безопасность сетей.