Системы комплектной автоматики » Система сбора данных с распределенных объектов на основе LoRa WAN

Система сбора данных с распределенных объектов на основе LoRa WAN



Компания "Энергокруг" предлагает комплексные системы сбора информации с множества разрозненных объектов с сочетанием разных каналов связи, включая беспроводную связь стандарта LoRa. Объединение в одну систему контроллеров DevLink-D500 и базовых станций LoRa дает возможность сочетать сбор данных от поквартирных приборов учета, подстанций, подомовых приборов, с функциями управления и сигнализаций.

Технология модуляции LoRaWAN™ (Long Range Wide Area Networks) представляет собой метод модуляции, который обеспечивает большую дальность связи (зону покрытия) при низком уровне сигнала. Благодаря этому, модемы LoRa могут работать от автономных модулей питания в течении длительного времени (встречаются модели обеспечивающие до 10 лет работы без смены батарей). В сетях, использующих модуляцию LoRa, связь между устройствами происходит по радиоканалу в субгигагерцовом нелицензируемом диапазоне. Базовые станции LoRa формируют ячеистую (многоточечную) сеть. Данные от конечных устройств могут быть ретранслированы сетью до ближайшей станции имеющей связь с интернет. Поэтому у провайдеров нет необходимости устанавливать дополнительные точки доступа с проводкой к ним.

Технология LoRa обеспечивает устойчивую связь на расстоянии до 6 км на открытой местности и до 1.5км, в зоне городской застройки. Сама сеть имеет низкую пропускную способность, что делает ее недостаточной для быстрого обмена большими объемами информации, например трансляции видеосигнала, но данная сеть отлично подходит для редкого обмена небольшими пакетами данных. Именно к такому виду задач и относится сбор данных с поквартирных приборов учета, датчиков затопления и температуры (например, в тепличном хозяйстве) и подобных устройств. Благодаря технологии беспроводного обмена данными LoRa, затраты на внедрение подобных систем снижаются в несколько раз, по сравнению с их созданием на основе классических технологий.

ПРИМЕР ОПТИМИЗАЦИИ КАНАЛОВ СБОРА ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ LORA:

Преимущества внедрения системы

  • Уменьшение затрат на развертку и эксплуатацию системы
  • Повышение надежности системы за счет отказоустойчивости при "выпадении отдельных станций"
  • Повышение управляемости и улучшение мониторинга
  • Улучшение энергоэффективности.

Архитектура

Сеть LoRa состоит из устройств следующего класса:

1) Конечные устройства сети

2) Ретранслирующие станции

3) Сетевой сервер

 

Базовые станции

Базовые станции LoRa существуют множества производителей, с разными техническими характеристиками. Многие из них не сочетаемы друг с другом (базовые станции разных производителей часто имеют разные диапазоны частот и не видят друг-друга)

Компания Энергокруг использует оборудование производства Вега-абсолют, сочетающее хорошее качество с относительно низкой стоимостью. Благодаря партнерским отношениям, отпускные цены оборудование не превышают цен у производителя.

Конечные устройства

Конечными устройствами могут являться как оборудование со встроееным LoRa интерфейсом, так и модемы стандарта LoRa к которым подключается оборудование.

Различают конечные устройства классов A, B и C.

  • Класс A

    Узел (end-node) передает данные на шлюз короткими посылками по заданному графику. Инициатором обмена выступает сам конечный узел (end-node). Точка (end-node), как правило, не требует получения подтверждения своего сообщения приложением (сообщение без квитирования), однако протокол предусматривает и сообщения, на которые сервер приложений формирует специальный ответ, “квитанцию”, а сетевой сервер выбирает лучший маршрут (шлюз) для отправки подтверждения (ACK от англ. acknowledgment — подтверждение) в момент открытия узлом окна приема (сообщение с квитированием). Узел (end-node) переходит в режим приема (открывает окно приема) сразу после отправки данных на некоторое непродолжительное время, в остальное, более продолжительное время, находится в режиме энергосбережения или сна (sleep). Сервер накапливает для точек (end-node) сообщения и пересылает их сразу, как точка (end-node) выходит на связь. Этот класс конечных (end-node) узлов наиболее экономичен в потреблении энергии и наиболее распространен на практике.

  • Класс B

    Узел (end-node) включает приемник по графику, заданному сервером. Сервер отправляет сообщения узлу (end-node) согласно расписанию. Инициатором обмена может быть и сервер LoRaWAN сети. Устройства (end-node) этого класса синхронизируют внутреннее время с временем сети с помощью маяков (от англ. beacon), которые регулярно получает от шлюза. Узлы (end-node) этого класса обладают относительно низкой временной задержкой в обмене данными и открывают более широкое временное окно приема, по сравнению с классом B. Точки (end-node) класса B также обладают всеми возможностями устройств (end-node) класса А.

  • Класс C

    У точек (end-node) этого класса окно приема открыто постоянно и закрывается только на период кратковременной передачи данных. Сервер может инициировать обмен в любое время, и передать сообщения узлу (end-node) сразу, по мере их появления. Этот класс устройств (end-node) потребляет наибольшее количество энергии (по сравнению с классами A и B), поэтому обычно не использует батарейное питание, но получает данные от сервера LoRaWAN сети с наименьшими задержками (lowest latency). Устройства класса С (end-node) обладают всеми возможностями устройств класса А и B.

Сетевой сервер

Обеспечивает общее управление сетью: заданием расписания, адаптацией скорости, хранением и обработкой принимаемых данных.