Zrozumienie LoRaWAN® dla zarządzania wodą

LoRaWAN® (Long Range Wide Area Network) to protokół komunikacyjny zaprojektowany specjalnie dla sieci szerekopasmowych o niskim poborze mocy (LPWAN). Działa w nielicencjonowanym paśmie i oferuje komunikację dalekiego zasięgu, niskie zużycie energii i bezpieczną transmisję danych, dzięki czemu doskonale nadaje się do zastosowań Internetu rzeczy (IoT).  

Ale dlaczego protokół komunikacyjny jest ważny i w jaki sposób protokół LoRaWAN® przyczynia się do poprawy komunikacji danych w zarządzaniu zasobami wodnymi? Poniżej przyjrzymy się bliżej LoRaWAN® i jej znaczeniu w aplikacjach IoT.  

Aby zapewnić skalowalną, bezpieczną i wydajną komunikację, architektura LoRaWAN® opiera się na trzech kluczowych komponentach: punktach końcowych, bramakach i serwerze sieciowym. Punkty końcowe to urządzenia końcowe lub czujniki, które zbierają dane i przesyłają je do sieci, takie jak wodomierze.  

Bramki działają jako pomost między urządzeniami końcowymi a serwerem sieciowym. Odbierają one dane przesyłane przez urządzenia końcowe i przekazują je do serwera sieciowego. Bramki wykorzystują sieci oparte na protokole IP (takie jak Ethernet, Wi-Fi lub komórkowe) do komunikacji z serwerem sieciowym. Serwer sieciowy jest centralnym komponentem architektury LoRaWAN® odpowiedzialnym za zarządzanie siecią, przetwarzanie danych i zapewnianie komunikacji między punktami końcowymi i aplikacjami z zachowaniem bezpieczeństwa end-to-end.

LoRaWAN® oferuje kilka kluczowych zalet, które sprawiają, że jest to preferowany wybór dla aplikacji IoT, zwłaszcza tych wymagających komunikacji dalekiego zasięgu, niskiego zużycia energii, skalowalności i opłacalności:  

• Daleki zasięg: LoRaWAN® może przesyłać dane na odległość do 15-30 kilometrów na obszarach wiejskich i 2-5 kilometrów w miastach. Dzięki temu idealnie nadaje się do zastosowań wymagających łączności na dużych obszarach geograficznych.
• Niski pobór mocy: Urządzenia korzystające z LoRaWAN® mogą działać na niewielkich bateriach nawet przez 16 lat, co jest istotne w przypadku trudno dostępnych lub odległych lokalizacji. 
• Skalowalność: Sieci LoRaWAN® mogą obsługiwać dziesiątki tysięcy urządzeń, dzięki czemu są skalowalne do rozległych wdrożeń IoT. 
• Bezpieczeństwo: LoRaWAN® zapewnia kompleksowe szyfrowanie zabezpieczeń, zapewniając bezpieczeństwo danych od urządzenia do serwera sieciowego.
• Komunikacja dwukierunkowa: LoRaWAN® obsługuje zarówno komunikację uplink (urządzenie-bramka), jak i downlink (bramka-urządzenie), umożliwiając sterowanie urządzeniem i aktualizację oprogramowania układowego.

Oprócz tych korzyści, kolejnym kluczowym czynnikiem dla LoRaWAN® jest jej wysoka wszechstronność, co czyni ją cenną technologią komunikacji bezprzewodowej dla wielu różnych zastosowań. Kluczowe elementy związane z jego wszechstronnością obejmują:  

• Standardowy protokół komunikacyjny  
• Szybka integracja z systemami innych firm  
• Tania i łatwo dostępna infrastruktura  
• Interoperacyjność między dostawcami liczników  
• Działa zarówno w sieciach publicznych, jak i prywatnych

Chociaż LoRaWAN® jest potężną i elastyczną technologią dla aplikacji IoT, jej skupienie się na dużym zasięgu, niskim zużyciu energii i opłacalności oznacza pewne ograniczenia w innych obszarach. Przed podjęciem decyzji możliwe wyzwania obejmują szybkość transmisji danych, przepustowość sieci, opóźnienia i zakłócenia, jak opisano poniżej.

• Ograniczona prędkość transmisji danych: LoRaWAN® oferuje mniejszą prędkość transmisji danych niż inne technologie z mniejszym naciskiem na komunikację dalekiego zasięgu i niskich kosztach. W przypadku aplikacji wymagających wysokiej wyjściowej transmisji danych należy rozważyć rozwiązanie hybrydowe z wyższą przepustowością lub siecią komórkową. 
• Zakłócenia wewnętrzne: Podczas gdy LoRaWAN® jest odporny na zakłócenia z urządzeń zewnętrznych, jego wykorzystanie nielicencjonowanego pasma sprawia, że jest podatny na zakłócenia wewnętrzne w ramach własnej infrastruktury sieciowej. Jeśli priorytetem jest zmniejszenie ryzyka zakłóceń i zapewnienie niezawodnej komunikacji, preferowane są technologie takie jak NB-IoT działające w licencjonowanym paśmie.  
• Stosunkowo złożona infrastruktura: W porównaniu do bezprzewodowej magistrali M-Bus, sieci LoRaWAN® zazwyczaj wymagają bardziej złożonej architektury obejmującej bramki, serwery sieciowe i urządzenia końcowe. Może to skutkować dodatkowymi komplikacjami związanymi z wdrażaniem i zarządzaniem, zwłaszcza w przypadku projektów na dużą skalę.
• Opóźnienie: Projekt rozległej sieci LoRaWAN® o niskim poborze mocy oznacza większe opóźnienia niż w przypadku innych technologii IoT, co sprawia, że jest ona mniej odpowiednia dla aplikacji wymagających komunikacji danych w czasie rzeczywistym lub zbliżonym do rzeczywistego. To samo dotyczy jednak codziennych transmisji za pośrednictwem NB-IoT. 

Sieci LoRaWAN® mogą być wdrażane w różnych aplikacjach IoT, w tym między innymi w inteligentnych miastach, rolnictwie, monitorowaniu przemysłowym, śledzeniu zasobów, monitorowaniu środowiska. Dzięki możliwościom dalekiego zasięgu i niskiemu zużyciu energii, ta technologia komunikacyjna jest odpowiednia do zastosowań wymagających urządzeń zasilanych bateryjnie w odległych lokalizacjach.  

Patrząc na przykłady z różnych branż, LoRaWAN® okazała się wszechstronną i cenną technologią poprawiającą wydajność, redukującą koszty i podnoszącą jakość usług i produktów:  

• Inteligentne pomiary wody: Współpraca między Kamstrup, Gelsenwasser AG i PHYSEC GmbH zaowocowała wymianą tysięcy wodomierzy na liczniki LoRaWAN® z szyfrowaniem TLS dla maksymalnego bezpieczeństwa danych. Do końca 2028 r. zainstalowanych zostanie łącznie 180 000 urządzeń.
• Inteligentne rolnictwo: Kerlink i Sensoterra wdrożyły system monitorowania wilgotności gleby w Thorigné-Fouillard we Francji i Amsterdamie, co zaowocowało zmniejszonym zużyciem wody, zwiększonymi plonami i oszczędnościami wynikającymi z obniżonych kosztów pracy. 
• Inteligentne miasta: W Paryżu miasto wdrożyło inteligentne oświetlenie, przyczyniając się do ekosystemu sieci miejskiej, umożliwiając zdalne monitorowanie i sterowanie oświetleniem ulicznym. Rezultatem są oszczędności energii, lepsza wydajność konserwacji i zwiększone bezpieczeństwo publiczne. 
• Monitorowanie środowiska: Ze względu na częste powodzie, Malezja zainstalowała czujniki monitorujące rozmieszczone wzdłuż rzek i obszarów zagrożonych powodzią, aby zapewnić odpowiedni system ostrzegania łagodzący wpływ na społeczności. Rezultatem były terminowe alerty zapewniające lepszą reakcję, zmniejszenie szkód powodziowych i poprawę bezpieczeństwa mieszkańców.