Sieci LPWAN (low power wide area network) takie jak LoRaWAN zapewniają energooszczędną łączność na duże odległości, dla urządzeń IoT (Internet of Things). Firma JM elektronik uruchomiła w Gliwicach bramkę LoRaWAN działającą w otwartej sieci TTN. Bramka połączona jest z internetem, każdy kto znajduje się w zasięgu bramki zarejestrowanej w TTN może przesyłać bezprzewodowo dane z urządzeń z transceiverem LoRaWAN, pracującym w paśmie ISM 868MHz. Projekt TTN to jeden z wielu możliwości wykorzystania komunikacji poprzez LoRaWAN. LoRaWAN można wykorzystać we własnej prywatnej sieci, lub jako operator udostępniający sieć LPWAN.
Na terenie Polski dostępność TTN jest niewielka, firma JM elektronik włożyła wkład w rozwój LoRaWAN w Polsce, uruchamiając bramkę w Gliwicach. Jeżeli znajdujecie się w zasięgu bramki możecie przeprowadzać eksperymenty z LoRaWAN, a także uruchamiać swoje urządzenia IoT np. czujniki lub elementy wykonawcze. Zasięg LoRa w zabudowie miejskiej sięga nawet do kilku kilometrów, na otwartej przestrzeni do kilkunastu kilometrów, a podczas eksperymentu z balonem meteorologicznym nawet kilkaset kilometrów. Zasięg rzędu kilkaset kilometrów to raczej ciekawostka, ale zasięgi kilka-kilkanaście kilometrów można wykorzystać w praktyce.
Rozwój łączności bezprzewodowych dla IoT i M2M takich jak LoRaWAN lub NB-IoT / LTE-CAT.M pozwala na upowszechnienie technologii takich jak Smart Cities, Industry4.0, znajdując zastosowanie zarówno w aplikacjach profesjonalnych jak i amatorskich.
Brak dostępności w pobliżu bramki LoRaWAN utrudnia rozpoczęcie prób praktycznych. Firma JM elektronik dołożyła cegiełkę do rozwoju sieci TTN, uruchamiając swój otwarty punkt dostępowy LPWAN w Gliwicach. Hobbyści i studenci Politechniki Śląskiej, oraz inżynierowie firm zainteresowanych IoT mogą wykorzystać bramkę do uruchamiania swoich prototypów. Każda kolejna bramka to szansa na aplikacje typu SmartCity, monitorowanie jakości powietrza, odczyt liczników zużycia mediów, monitorowanie miejsc parkingowych, sygnalizacja stanów alarmowych, a także rozwój operatorów LoRaWAN. Profesjonalne rozwiązania będą migrowały do budowy swojej sieci LPWAN lub wykupienia usług od operatora bezprzewodowej sieci dla IoT/M2M, jednak doświadczenia zdobyte z otwartymi bramkami TTN mogą przyspieszyć prototypowanie.
Budujemy sieć LoRaWAN.
Inżynierowie JM dysponują szeregiem zestawów ewaluacyjnych Microchip z modułami RN2483, które integrują mikrokontroler oraz tranceiver ISM, udostępniając kompletny certyfikowany stos LoRaWAN. Tym sposobem został zapewniony moduł LoRaWAN dla urządzeń końcowych.
Warto pamiętać, że moduł RN2483A może także pełnić podstawową platformę dla aplikacji udostępniając:
-18x GPIO
-15x 10-ADC
-2x DAC
-USART
-3x 8-bitowe i 4x 16-bitowe timery
-około 23 kB pamięci flash i 2kB pamięci SRAM
Urządzenia z tranceiverem LoRa mogą komunikować się punkt-punkt, jednak znacznie bardziej elastycznym modelem jest wykorzystanie rozwiązania z bramami połączonymi z internetem, oraz usługi w chmurze przetwarzającej odebrane przez bramki komunikaty od urządzeń końcowych.
Bramka LoRaWAN.
JM elektronik postawił na komercyjne, sprawdzone rozwiązanie punktów dostępowych firmy Kerlink. Do testów został wybrany gateway Wirnet iFemtoCell. Jest to urządzenie wewnętrzne i wyglądem przypomina AP WiFi.
Oferta firmy Kerlink obejmuje dodatkowo 3 urządzenia do zastosowania na zewnątrz – stacje bazowe Wirnet Station, Wirnet iBTS i Wirnet iBTS Compact.
Stacja Wirnet Station jest najbardziej popularną pozycją z portfolio i do tej chwili działa ponad 15 tysięcy tej stacji na całym świecie. Wirnet Station jest stacją dedykowana do zastosowania na zewnątrz – obudowa spełnia wymagania IP67, a w komplecie znajduje się zewnętrzna antena, stalowa rama montażowa, przewód antenowy i zasilacz PoE. W odróżnieniu do stacji iFemtocell stacja Wirnet Station nie posiada wbudowanej karty WiFi, ale w zamian posiada modem 3G i slot na karty SIM. Dzięki temu stacja może zostać szybko uruchomiona w miejscach, bez stałego przewodowego dostępu do internetu. Dodatkowo Wirnet Station posiada wbudowany moduł GPS, który daje możliwość dokładnego określenia położenia stacji, co wykorzystywane jest w usłudze lokalizacji urządzeń końcowych w sieci LoRaWAN. Technologia ta jest obecnie w fazie testów i wyniki są bardzo obiecujące. Więcej informacji można znaleźć na stronie: https://www.link-labs.com/blog/lora-localization
Stacja bazowa Wirnet Station
Kerlink posiada również w ofercie stacje o modułowej budowie wewnętrznej. Dzięki temu, w przypadku awarii czy uszkodzenia, stacja bazowa może zostać bardzo szybko przywrócona do pełnej funkcjonalności. Co więcej jest możliwość konfigurowania wewnętrznych modułów zależnie od przeznaczenia. Stacje iBTS, bo taką nazwę posiadają w/w urządzenia, składają się z obudowy IP66, szkieletu montażowego i zawsze posiadają jednostkę CPU i przynajmniej jeden moduł radiowy LoRa. Opcjonalnie stacja Compact posiada możliwość dołożenia modułu WAN z modemem 3G, a pełna stacja iBTS możliwość dołożenia modułu WAN i aż do 4 niezależnych modułów radiowych LoRa.
Moduły wewnętrzne stacji iBTS (po lewej) oraz wnętrze stacji iBTS (po prawej)
Uruchomienie urządzenia ułatwia przewodnik online, który przyspiesza poznanie urządzenia, platformy i technologii.
Platforma Chmurowa
Dane z bramek poprzez połączenie internetowe trafiają do serwerów agregujących dane. Możemy przetwarzać komunikaty z naszych urządzeń końcowych, nie zależnie od tego przez którą bramkę zostaną odebrane. Przetwarzanie danych z bramek możemy zbudować we własnym zakresie, lub wykorzystać jedno z wielu dostępnych rozwiązań chmurowych. Została wybrana wspomniana wcześniej darmowa i tworzona przez użytkowników sieć TTN (The Things Network). Popularność platformy i duża liczba użytkowników ułatwia rozpoczęcie korzystania z LPWAN, dzięki licznym dostępnym w internecie przykładom i przewodnikom uruchamiania i integracji.
Uruchomienie komunikacji gateway<->chmura sprowadza się do instalacji pakietu Pocket Forwarder na bramce i wskazania adresu IP i portu na jaki mają być wysyłane wiadomości. Po zakończeniu instalacji, konfiguracji, oraz rejestracji gatewaya w serwisie TTN, status bramki w TTN powinien zmienić się na connected. Serwer nawiązał komunikację z gatewayem i co jakiś aktualizuje status połączenia bramki komunikatem Still Alive.
Mamy połączenie bramki poprzez internet z infrastrukturą chmurową, natomiast część radiowa bramki może komunikować się bezprzewodowo z urządzeniami LoRaWAN.
W kolejnym kroku zakładamy tzw. Aplikację i rejestrujemy urządzenia końcowe, które będą funkcjonowały w ramach tej Aplikacji. Użytkowników TTN jest wielu, z konkretnej bramki mogą korzystać urządzenia różnych właścicieli. Aplikacja w odniesieniu do TTN, stanowi logiczny interfejs urządzenia końcowego z usługami na naszym koncie, na serwerach TTN. Urządzeń w ramach aplikacji może być kilka, kilkanaście czy kilkaset - wszystko zależy od ich zastosowania. Urządzenia funkcjonujące w TTN nie są powiązane z konkretną bramką.
The Things Network to darmowa usługa chmurowa, ale występują też inne komercyjne rozwiązania. Kolejna próba to serwis Loriot. Konfiguracja i użytkowanie jest zbliżone do TTN, mamy jednak bardziej rozbudowany interfejs, więcej opcji integracji z zewnętrznymi usługami, oraz nastawienie na określone SLA.
Urządzenia końcowe.
Po rejestracji urządzeń w Aplikacji można przystąpić do nadawania wiadomości. W urządzeniach końcowych został wykorzystany moduł RN2483 Microchip. Uruchomienie RN2483 zajmuje dosłownie kilka linii kodu, komendy przesyłane są szeregowym interfejsem modułu.
Wysłane komunikaty pojawiają się w logu Aplikacji:
LoRaWAN pozwala na osiągnie dużych zasięgów i małego poboru mocy dla urządzeń końcowych. Pracując w paśmie ISM (868MHz i 434 MHz) nie ponosimy opłat licencyjnych, lecz nie mamy wyłączności na używanie częstotliwości (w pasmach ISM pracuje bardzo wiele urządzeń takich jak piloty, czujniki stacji pogodowych, dzwonki bezprzewodowe itp.) Nie mniej modulacja wykorzystywana w LoRa powoduje, że sygnał jest bardzo trudny do zakłócenia przez inne źródła radiowe. Może być odbierany nawet jeśli poziom sygnału znajduje się poniżej poziomu szumów.
Infrastrukturę LoRaWAN możemy zbudować we własnym zakresie lub skorzystać z istniejącej. Bramki mogą przesyłać dane do wybranych operatorów chmurowych. Technologia jest dedykowana do przesyłania niewielkich paczek danych np. statusu urządzenia, rezultatu pomiaru itp.
Warto wiedzieć, że LoRaWAN to jeden ze sposobów na realizację LPWAN, pamiętając o zaletach i ograniczeniach rozwiązania. Testy zweryfikują czy jest to sposób na zapewnienie komunikacji dla określonego urządzenia IoT.
JM elektronik, jako dystrybutor elementów elektronicznych współpracujący bezpośrednio z działami konstrukcyjnymi swoich klientów, zauważa wyraźną tendencję do korzystania z rozwiązań energooszczędnych i bezprzewodowych. LoRaWAN wpisuje się w te potrzeby, a jej popularność na zachodzie Europy utwierdza w przeświadczeniu o dalszym rozwoju. Współpraca JM elektronik z firmą Kerlink przekształciła się w umowę dystrybucyjną i już jako oficjalny partner, firma udziela wsparcia klientom w realizacji ich pomysłów i projektów.
JM elektronik zaprasza do kontaktu firmy zainteresowane szczegółowymi informacjami o LoRaWAN.
JM elektronik dysponuje zestawami demonstracyjnymi LoRaWAN, które w fazie Proof-of-Concept projektu pozwalają na przeprowadzenie testów funkcjonalnych. Dział techniczny może również przeprowadzić szkolenie z zakresu konfiguracji i użytkowania urządzeń i modułów działających w technologii LoRaWAN. Zarejestrowane osoby będą miały okazję zapoznania się w praktyce z tematyką łączności dla IoT na bezpłatnych warsztatach JM.
Źródło:
Materiały JM elektronik
https://www.thethingsnetwork.org/
News sponsorowany
Na terenie Polski dostępność TTN jest niewielka, firma JM elektronik włożyła wkład w rozwój LoRaWAN w Polsce, uruchamiając bramkę w Gliwicach. Jeżeli znajdujecie się w zasięgu bramki możecie przeprowadzać eksperymenty z LoRaWAN, a także uruchamiać swoje urządzenia IoT np. czujniki lub elementy wykonawcze. Zasięg LoRa w zabudowie miejskiej sięga nawet do kilku kilometrów, na otwartej przestrzeni do kilkunastu kilometrów, a podczas eksperymentu z balonem meteorologicznym nawet kilkaset kilometrów. Zasięg rzędu kilkaset kilometrów to raczej ciekawostka, ale zasięgi kilka-kilkanaście kilometrów można wykorzystać w praktyce.
Rozwój łączności bezprzewodowych dla IoT i M2M takich jak LoRaWAN lub NB-IoT / LTE-CAT.M pozwala na upowszechnienie technologii takich jak Smart Cities, Industry4.0, znajdując zastosowanie zarówno w aplikacjach profesjonalnych jak i amatorskich.
Brak dostępności w pobliżu bramki LoRaWAN utrudnia rozpoczęcie prób praktycznych. Firma JM elektronik dołożyła cegiełkę do rozwoju sieci TTN, uruchamiając swój otwarty punkt dostępowy LPWAN w Gliwicach. Hobbyści i studenci Politechniki Śląskiej, oraz inżynierowie firm zainteresowanych IoT mogą wykorzystać bramkę do uruchamiania swoich prototypów. Każda kolejna bramka to szansa na aplikacje typu SmartCity, monitorowanie jakości powietrza, odczyt liczników zużycia mediów, monitorowanie miejsc parkingowych, sygnalizacja stanów alarmowych, a także rozwój operatorów LoRaWAN. Profesjonalne rozwiązania będą migrowały do budowy swojej sieci LPWAN lub wykupienia usług od operatora bezprzewodowej sieci dla IoT/M2M, jednak doświadczenia zdobyte z otwartymi bramkami TTN mogą przyspieszyć prototypowanie.
Budujemy sieć LoRaWAN.
Inżynierowie JM dysponują szeregiem zestawów ewaluacyjnych Microchip z modułami RN2483, które integrują mikrokontroler oraz tranceiver ISM, udostępniając kompletny certyfikowany stos LoRaWAN. Tym sposobem został zapewniony moduł LoRaWAN dla urządzeń końcowych.
Warto pamiętać, że moduł RN2483A może także pełnić podstawową platformę dla aplikacji udostępniając:
-18x GPIO
-15x 10-ADC
-2x DAC
-USART
-3x 8-bitowe i 4x 16-bitowe timery
-około 23 kB pamięci flash i 2kB pamięci SRAM
Urządzenia z tranceiverem LoRa mogą komunikować się punkt-punkt, jednak znacznie bardziej elastycznym modelem jest wykorzystanie rozwiązania z bramami połączonymi z internetem, oraz usługi w chmurze przetwarzającej odebrane przez bramki komunikaty od urządzeń końcowych.
Bramka LoRaWAN.
JM elektronik postawił na komercyjne, sprawdzone rozwiązanie punktów dostępowych firmy Kerlink. Do testów został wybrany gateway Wirnet iFemtoCell. Jest to urządzenie wewnętrzne i wyglądem przypomina AP WiFi.
Oferta firmy Kerlink obejmuje dodatkowo 3 urządzenia do zastosowania na zewnątrz – stacje bazowe Wirnet Station, Wirnet iBTS i Wirnet iBTS Compact.
Stacja Wirnet Station jest najbardziej popularną pozycją z portfolio i do tej chwili działa ponad 15 tysięcy tej stacji na całym świecie. Wirnet Station jest stacją dedykowana do zastosowania na zewnątrz – obudowa spełnia wymagania IP67, a w komplecie znajduje się zewnętrzna antena, stalowa rama montażowa, przewód antenowy i zasilacz PoE. W odróżnieniu do stacji iFemtocell stacja Wirnet Station nie posiada wbudowanej karty WiFi, ale w zamian posiada modem 3G i slot na karty SIM. Dzięki temu stacja może zostać szybko uruchomiona w miejscach, bez stałego przewodowego dostępu do internetu. Dodatkowo Wirnet Station posiada wbudowany moduł GPS, który daje możliwość dokładnego określenia położenia stacji, co wykorzystywane jest w usłudze lokalizacji urządzeń końcowych w sieci LoRaWAN. Technologia ta jest obecnie w fazie testów i wyniki są bardzo obiecujące. Więcej informacji można znaleźć na stronie: https://www.link-labs.com/blog/lora-localization
Stacja bazowa Wirnet Station
Kerlink posiada również w ofercie stacje o modułowej budowie wewnętrznej. Dzięki temu, w przypadku awarii czy uszkodzenia, stacja bazowa może zostać bardzo szybko przywrócona do pełnej funkcjonalności. Co więcej jest możliwość konfigurowania wewnętrznych modułów zależnie od przeznaczenia. Stacje iBTS, bo taką nazwę posiadają w/w urządzenia, składają się z obudowy IP66, szkieletu montażowego i zawsze posiadają jednostkę CPU i przynajmniej jeden moduł radiowy LoRa. Opcjonalnie stacja Compact posiada możliwość dołożenia modułu WAN z modemem 3G, a pełna stacja iBTS możliwość dołożenia modułu WAN i aż do 4 niezależnych modułów radiowych LoRa.
Moduły wewnętrzne stacji iBTS (po lewej) oraz wnętrze stacji iBTS (po prawej)
Uruchomienie urządzenia ułatwia przewodnik online, który przyspiesza poznanie urządzenia, platformy i technologii.
Platforma Chmurowa
Dane z bramek poprzez połączenie internetowe trafiają do serwerów agregujących dane. Możemy przetwarzać komunikaty z naszych urządzeń końcowych, nie zależnie od tego przez którą bramkę zostaną odebrane. Przetwarzanie danych z bramek możemy zbudować we własnym zakresie, lub wykorzystać jedno z wielu dostępnych rozwiązań chmurowych. Została wybrana wspomniana wcześniej darmowa i tworzona przez użytkowników sieć TTN (The Things Network). Popularność platformy i duża liczba użytkowników ułatwia rozpoczęcie korzystania z LPWAN, dzięki licznym dostępnym w internecie przykładom i przewodnikom uruchamiania i integracji.
Uruchomienie komunikacji gateway<->chmura sprowadza się do instalacji pakietu Pocket Forwarder na bramce i wskazania adresu IP i portu na jaki mają być wysyłane wiadomości. Po zakończeniu instalacji, konfiguracji, oraz rejestracji gatewaya w serwisie TTN, status bramki w TTN powinien zmienić się na connected. Serwer nawiązał komunikację z gatewayem i co jakiś aktualizuje status połączenia bramki komunikatem Still Alive.
Mamy połączenie bramki poprzez internet z infrastrukturą chmurową, natomiast część radiowa bramki może komunikować się bezprzewodowo z urządzeniami LoRaWAN.
W kolejnym kroku zakładamy tzw. Aplikację i rejestrujemy urządzenia końcowe, które będą funkcjonowały w ramach tej Aplikacji. Użytkowników TTN jest wielu, z konkretnej bramki mogą korzystać urządzenia różnych właścicieli. Aplikacja w odniesieniu do TTN, stanowi logiczny interfejs urządzenia końcowego z usługami na naszym koncie, na serwerach TTN. Urządzeń w ramach aplikacji może być kilka, kilkanaście czy kilkaset - wszystko zależy od ich zastosowania. Urządzenia funkcjonujące w TTN nie są powiązane z konkretną bramką.
The Things Network to darmowa usługa chmurowa, ale występują też inne komercyjne rozwiązania. Kolejna próba to serwis Loriot. Konfiguracja i użytkowanie jest zbliżone do TTN, mamy jednak bardziej rozbudowany interfejs, więcej opcji integracji z zewnętrznymi usługami, oraz nastawienie na określone SLA.
Urządzenia końcowe.
Po rejestracji urządzeń w Aplikacji można przystąpić do nadawania wiadomości. W urządzeniach końcowych został wykorzystany moduł RN2483 Microchip. Uruchomienie RN2483 zajmuje dosłownie kilka linii kodu, komendy przesyłane są szeregowym interfejsem modułu.
Wysłane komunikaty pojawiają się w logu Aplikacji:
LoRaWAN pozwala na osiągnie dużych zasięgów i małego poboru mocy dla urządzeń końcowych. Pracując w paśmie ISM (868MHz i 434 MHz) nie ponosimy opłat licencyjnych, lecz nie mamy wyłączności na używanie częstotliwości (w pasmach ISM pracuje bardzo wiele urządzeń takich jak piloty, czujniki stacji pogodowych, dzwonki bezprzewodowe itp.) Nie mniej modulacja wykorzystywana w LoRa powoduje, że sygnał jest bardzo trudny do zakłócenia przez inne źródła radiowe. Może być odbierany nawet jeśli poziom sygnału znajduje się poniżej poziomu szumów.
Infrastrukturę LoRaWAN możemy zbudować we własnym zakresie lub skorzystać z istniejącej. Bramki mogą przesyłać dane do wybranych operatorów chmurowych. Technologia jest dedykowana do przesyłania niewielkich paczek danych np. statusu urządzenia, rezultatu pomiaru itp.
Warto wiedzieć, że LoRaWAN to jeden ze sposobów na realizację LPWAN, pamiętając o zaletach i ograniczeniach rozwiązania. Testy zweryfikują czy jest to sposób na zapewnienie komunikacji dla określonego urządzenia IoT.
JM elektronik, jako dystrybutor elementów elektronicznych współpracujący bezpośrednio z działami konstrukcyjnymi swoich klientów, zauważa wyraźną tendencję do korzystania z rozwiązań energooszczędnych i bezprzewodowych. LoRaWAN wpisuje się w te potrzeby, a jej popularność na zachodzie Europy utwierdza w przeświadczeniu o dalszym rozwoju. Współpraca JM elektronik z firmą Kerlink przekształciła się w umowę dystrybucyjną i już jako oficjalny partner, firma udziela wsparcia klientom w realizacji ich pomysłów i projektów.
JM elektronik zaprasza do kontaktu firmy zainteresowane szczegółowymi informacjami o LoRaWAN.
JM elektronik dysponuje zestawami demonstracyjnymi LoRaWAN, które w fazie Proof-of-Concept projektu pozwalają na przeprowadzenie testów funkcjonalnych. Dział techniczny może również przeprowadzić szkolenie z zakresu konfiguracji i użytkowania urządzeń i modułów działających w technologii LoRaWAN. Zarejestrowane osoby będą miały okazję zapoznania się w praktyce z tematyką łączności dla IoT na bezpłatnych warsztatach JM.
Źródło:
Materiały JM elektronik
https://www.thethingsnetwork.org/
News sponsorowany
W sumie rozmawiałem z ludźmi z JM i zapewne kupię anteny stosowane przy bramkach Kerlink-a do testów bo na chwile obecną jakoś brak czasu by budować włąsne...
