Az IoT (dolgok internete) technológia fejlődésével rengeteg különböző típusú IoT kommunikációs megoldás jelent meg és terjedt el, mint például a Wi-Fi és a Bluetooth. Egy másik IoT kommunikációs megoldás a LoRa, amelynek megjelenését az IoT-technológia területén elért áttörés hozta magával. A LoRa („long range”, azaz nagy hatótávolságú) technológia egy olyan vezeték nélküli kommunikációs rendszer, amely lehetővé teszi kis mennyiségű adat nagyobb távolságra történő továbbítását. Ezt a technológiát nagyon gyakran használják az IIoT iparágakban, különösen nagy hatósugarú, alacsony energiaigényű alkalmazási megoldások esetén. A technológia rendkívül érzékeny, és még abban az esetben is azonosítható, ha gyenge a jel, így sokkal nagyobb távolságra képes eljutni.
Ez csak erősödni fog. A Statista adatai szerint a LoRa-kapcsolatok száma a 2022. évi 470 millióról 2023-ban várhatóan 730 millióra nő, ami jól szemlélteti a technológia jelentőségét az IoT iparágak számára az elkövetkező években.
„A LoRa eszközök és hálózatok, mint például a LoRaWAN®, olyan intelligens IoT-alkalmazásokat tesznek lehetővé, amelyek megoldásokat kínálnak a bolygónk előtt álló következő, legnagyobb kihívásokra: energiagazdálkodás, természeti erőforrások felhasználásának csökkentése, szennyezéscsökkentés, infrastruktúra-hatékonyság és katasztrófamegelőzés. A Semtech LoRa eszközeit már több száz esetben használták fel intelligens városokban, otthonokban és épületekben, közösségek által, mérések elvégzéséhez, az ellátási láncban és a logisztikában, a mezőgazdaságban és sok más területen. Több mint 100 országban több százmillió eszköz csatlakozik a hálózatokhoz, és ez a szám egyre csak nő – a LoRa intelligensebbé teszi a bolygót.”
Semtech
Hogyan működik a LoRa technológia?
A LoRa a Semtech által kifejlesztett vezeték nélküli modulációs technika, amely a Chirp Spread Spectrum (CSS) technológián alapul. A „csipogó impulzusokként” ismert gyenge impulzusok az információ rádióhullámokon keresztül történő kódolására szolgálnak. A LoRa modulált átvitel nagy távolságból is fogadható, és ellenáll a zavaró tényezőknek.
A LoRa legjobban a kis mennyiségű adatot alacsony bitsebességgel továbbító alkalmazásokhoz használható. A LoRa használatával az adatok nagyobb távolságra küldhetők, mint a WiFi, a Bluetooth vagy akár a ZigBee technológiával. Ezen tulajdonságainak köszönhetően a LoRa jó választás alacsony energiaigényű érzékelőkhöz és működtetőelemekhez.
A LoRa licencmentes szub-gigahertz-es sávszélességen, például 915 MHz-es, 868 MHz-es és a 433 MHz-es sávszélességen működik. A szub-gigahertz-es sávoknál gyorsabb adatátviteli sebesség elérése érdekében 2,4 GHz-en is működtethető, a hatótávolság rovására. Ezek a frekvenciák a világszerte rendelkezésre álló ISM-sávokba tartoznak, amelyeket csak ipari, tudományos és orvosi területeken használnak.
Hálózati szempontból a LoRa egyszerűen a vezeték nélküli átvitelhez kapcsolódó fizikai réteget fejleszti, amely olyan, mint egy adó-vevő chip. Ha nem képes az adatgyűjtéshez és a végponti eszközök kezeléséhez szükséges adatforgalom ellenőrzésére, akkor nem rendelkezik megfelelő hálózati protokollokkal. Itt lép be a képbe a LoRaWAN, azaz a long-range WAN.
Mi az a LoRaWAN?
A LoRa Alliance hozta létre és üzemelteti a LoRaWAN-t, a nyílt, felhőalapú szabványt, amely megkönnyíti a vezeték nélküli eszközök közötti kommunikációt. A LoRaWAN lényegében ötvözi a LoRa vezeték nélküli technológia és a hálózatkezelés előnyeit, továbbá olyan biztonsági funkciókat biztosít, mint a csomópont-hitelesítés és az adattitkosítás. Célja a hordozható elektronikus eszközök vezeték nélküli összekapcsolása az internettel helyi, regionális és nemzetközi hálózatokban.
A LoRaWAN specifikáció egy olyan szabvány, amely mindenekelőtt lehetővé teszi a különböző gyártók által készült eszközök zökkenőmentes integrációját. Részben ennek is köszönhető, hogy a LoRa technológia alkalmazása az IoT ágazatban felgyorsult.
A LoRa Alliance adatai szerint jelenleg 181 LoRaWAN-hálózatüzemeltető van a világ minden táján. Ezen túlmenően az ABI Research becslései szerint 2026-ra a LoRa az LPWA-hálózati kapcsolatok több mint egynegyedét fogja kitenni, és ezáltal piacvezető nem celluláris LPWA-technológiává fog válni.
Hogyan működik tehát a LoRaWAN?
A LoRaWAN architektúra négy fő részből áll:
- Végcsomópontok
- Átjáró
- Hálózati kiszolgáló
- Alkalmazáskiszolgáló
Végcsomópontok
A végcsomópontok olyan eszközök, amelyek a hálózat peremén helyezkednek el. Gyakran telepítenek érzékelőket az adatok rendszeres gyűjtése és nyomon követése érdekében. Ezek jellemzően alacsony energiaigényű mikrovezérlők formáját öltik, hosszú évekig karbantartás nélkül alkalmazhatók terepen, és egy alacsony energiaigényű LoRa-adóegységgel vannak felszerelve az adatcsomagok átjáróhoz történő továbbítása érdekében.
Átjárók
A hálózat és a csomópontok közötti kapcsolatot a LoRaWAN átjárók biztosítják. LoRa-koncentrátort használnak a végcsomópontokról történő adatgyűjtéshez, majd az adatokat a nyilvános- vagy magánhálózati infrastruktúrán keresztül a hálózati szerverre továbbítják. Az átjárókat csomagtovábbítóknak tekintik, mivel azokat főként csomagtovábbításra használják.
Hálózati kiszolgáló
Minden adat az alkalmazáskiszolgálóra kerül, amelyet a Cloud LoRa szerver az átjáróktól begyűjt és konszolidál. A The Things Network (TTN) a legjobb példa a hálózati szerverekre.
Alkalmazáskiszolgáló
Az alkalmazáskiszolgálót használhatja az adatok vizuális vagy analitikus értelmezéséhez. Ezenkívül az adatpontokat beépítheti egy olyan platformba, amelyen keresztül valamilyen műveletet hajthat végre, a mezőgazdaságban például bekapcsolhatja az esővízszivattyúkat, vagy kinyithatja az üvegházak ablakait a megfelelő páratartalom fenntartása érdekében. Még az értesítési szolgáltatásokat is beállíthatja, hogy a rendszer értesítse a mérnököt egy lehetséges probléma felmerülése esetén.
Miért van szüksége az intelligens gyáraknak a LoRa technológiára?
Az intelligens gyárak az adatvezérelt megközelítésre összpontosítanak létesítményeik kezelése, a folyamatok javítása és az esetlegesen felmerülő problémák kijavítása érdekében. Ezt különféle gépek, eszközök és kommunikációs eszközök összekapcsolt hálózatain keresztül teszik. A LoRa és a LoRaWAN nagy hatótávolságának és alacsony energiaigényének köszönhetően az intelligens gyárak hatékonyabbá és termelékenyebbé válhatnak. Vessen egy pillantást arra, hogy a LoRa hogyan segíthet a napi munkafolyamatainak javításában és egyszerűsítésében:
Eszköz- és létesítményfelügyelet
A telemetriai és földrajzi helymeghatározási adatok ipari IoT-megoldásokban való használatával világos képet kapunk az eszközök működéséről. Az informatikai és az üzemeltetési technológiai környezetekben az érzékelők segítenek jobban átlátni a fizikai teret. A működési hatékonyság növelése, a lopások számának csökkentése és a logisztika optimalizálása érdekében a földrajzi helymeghatározási adatok felhasználhatók az eszközök és azok helyének nyomon követésére és ellenőrzésére.
Környezeti felügyelet
A LoRaWAN érzékelőkkel mérhető a hőmérséklet és a páratartalom, az ajtók zárt/nyitott állapota, a megvilágítás szintje és a kihasználtság. A személyes adatok a LoRaWAN-hálózaton keresztül nyerhetők vissza, majd megtekintés és archiválás céljából egy SCADA rendszerbe kerülnek továbbításra.
Gyárautomatizálás
A Modbus adatok privát LoRaWAN-hálózathoz való csatlakoztatásával távoli eszközökről szerezhet be adatokat intelligens érzékelők segítségével akár kilométerekről, szilárd akadályokon – például épületeken, falakon és egyéb szilárd tárgyakon – keresztül. Nincs többé szükség a gyakran problémák forrásául szolgáló, manuális adathelyreállítási módszerekre és drága kábelezési megoldásokra.
Intelligens ipari menedzsment
Az érzékelők az erőforrások kezelésére használhatók a berendezések és a járművek távoli felügyelete során, beleértve az elektromos áramellátás tesztelését, és a nehéz berendezésekkel – például targoncák, tehergépkocsik, dízeltartály-szállítók és markológépek, valamint a betonkeverők – összefüggésben a hőmérséklet leolvasását, valamint a vízmérők és a kondenzedények ellenőrzését.
Co2-szint ellenőrzése
Az irodaházakban és a munkaterületeken alkalmazott LoRaWAN és LoRa alapon működő CO2-érzékelők segítségével ellenőrizheti a szellőzést, biztosíthatja a megfelelő mennyiségű természetes fény bejutását, beállíthatja a zajszintet, és fejlesztheti az alkalmazottak jólétét szolgáló egyéb elemeket.
A LoRa technológia előnyei az intelligens gyárak számára
Minden intelligens gyár és gyártóüzem számára más-más a prioritás. Ennek eredményeként a LoRa megoldások a különböző projektek különböző követelményeinek megfelelően bővíthetők, ami az alábbi előnyökkel jár:
- Nagyobb működési hatékonyság.
- Ideálisabb munkakörülmények.
- Alacsony szén-dioxid-kibocsátás a környezet védelme érdekében.
- Költség- és energiamegtakarítás.
- A lehetséges hibák és kockázatok felismerése.
- A személyzet és az erőforrások kihasználtságának maximalizálása.
A LoRaWAN használatának előnyei az intelligens gyárak számára
- Nagy sugárzási tartomány
- Alacsony energiafelhasználás
- Alacsony költségek
- Távoli konfiguráció
- Vezeték nélküli adatgyűjtés összekuszálódó kábelek nélkül
- Késleltetés-tűrés a javasolt jelentési intervallummal
Ajánlott LoRa termékek
Seeed Studio LoRaWAN átjárómodul
Arduino Edge vezérlőkészlet
M5Stack LoRa kommunikációs modul
ST LoRa Tracker és GPS modul kiértékelő kártya
SparkFun expLoRaBLE LoRa Thing Plus fejlesztőkártya
Adafruit FeatherWing RadioFruit Board LoRa rádióval
GYIK
A LoRa és a Wi-Fi különböző célokra használható. A két technológia közötti különbségek röviden: A Wi-Fi nagy mennyiségű adatot küld gyorsan, rövid távolságra, míg a LoRaWAN óránként vagy naponta többször küld kis mennyiségű adatot több kilométeres távolságokra.
A LoRaWAN csomópont egyetlen kommunikációs csatornát használ, a LoRaWAN-hálózatot. Az átjárónak azonban szüksége lesz egy felhőszolgáltatásra, például a TTN-re (The Things Network).
A LoRa által továbbítani kívánt adatok átjutnak a fém, a beton és az üveg anyagokon is. A felületeken való áthatolás képessége előnyössé teszi más hálózatokkal, például a Wi-Fi-vel szemben.
Lakott területeken belül a LoRa akár öt kilométeres, külsőbb területeken pedig legalább 15 kilométeres távolságra képes eljutni.
A LoRa a nagy hatótávolságú és mély áthatolási képességének köszönhetően ideális az intelligens föld alatti bányászathoz való felhasználáshoz.
