LoRaWAN (rozľahlá sieť s dlhým dosahom)
LoRaWAN (rozľahlá sieť s dlhým dosahom) je protokol pre rozľahlé siete s nízkou spotrebou energie (LPWAN), ktorý používa rádiovú moduláciu LoRa typu chirp. Koncové zariadenia odosielajú malé objemy dát na vzdialenosť kilometrov v otvorenom priestore a spotrebujú pritom veľmi málo energie z batérie. Gateway posielajú pakety na sieťový server a odtiaľ do aplikácie. V závodoch a logistike LoRaWAN takmer vždy slúži na prenos dát. Tracker sa cez neho môže hlásiť z vonkajšej plochy, vzdialenej budovy či rozsiahleho areálu bez toho, aby každý tag potreboval mobilné pripojenie.
Tento rozdiel je dôležitý pri dopytoch na systém lokalizácie v reálnom čase (RTLS). LoRaWAN v interiéri nenahrádza Bluetooth Low Energy (BLE), ultraširokopásmovú technológiu (UWB) ani simultánnu lokalizáciu a mapovanie (SLAM). Polohu určujú tieto technológie. LoRaWAN prenáša krátku správu, ktorá môže obsahovať polohu z globálneho polohového systému (GPS), identifikátor zóny, stav batérie alebo občasný signál o činnosti zariadenia. Ak ponuka uvádza len „sledovanie cez LoRaWAN“, treba sa opýtať, čo polohu skutočne vypočítava.
V priemysle sa LoRaWAN bežne používa vonku alebo v areáloch s vnútornými aj vonkajšími priestormi, kde je pokrytie Wi-Fi riedke a mobilné pripojenie každého sledovaného objektu drahé. Dáta sa zámerne aktualizujú v intervaloch minút, nie desiatok hertzov. To vyhovuje hľadaniu stratenej mrežovej palety a sledovaniu času zotrvania na vonkajšej ploche, nie špagetovému diagramu vysokozdvižných vozíkov v digitálnom dvojčati s aktualizáciou pod jednu sekundu.
Hlavné súčasti
Koncové zariadenie (uzol): Batériový senzor alebo tracker s rádiovou technológiou LoRa. Krátke správy odosiela do siete podľa časového plánu alebo pri zaznamenaní udalosti.
Gateway: Prijíma signály na kanáloch LoRa a prevádza pakety do siete IP. Pri otvorenej prenosovej trase môže jedna gateway pokryť veľkú vonkajšiu plochu.
Sieťový server: Odstraňuje duplicitné správy, overuje ich a smeruje dátovú prevádzku. Môže byť verejný, prevádzkovaný operátorom, alebo súkromný v IT infraštruktúre závodu.
Aplikačné dáta: Samotné bajty, ktoré aplikácia potrebuje, napríklad súradnice, hodnoty senzorov a alarmy. LoRaWAN ich vloží do rámcov a aplikácia ich interpretuje.
Pracovný cyklus a prenosová rýchlosť: Regulačné obmedzenia a limity spojenia, ktoré udržiavajú krátky čas vysielania. Na sledovanie v reálnom čase s vysokou frekvenciou aktualizácie sa tento prenos nehodí.
Využitie vo výrobe a logistike
Na vonkajších plochách a v areáloch sa LoRaWAN používa na získavanie polohy z GPS alebo GNSS pri návesoch, terminálových ťahačoch a vratných obaloch či iných vratných predmetoch, ktoré opúšťajú dosah Wi-Fi. Mapa s aktuálnou polohou však potrebuje vonkajšiu lokalizačnú vrstvu (GPS) a odovzdanie sledovania vnútornej technológii, keď predmet vstúpi do haly. Závody používajú LoRaWAN aj pre senzory prostredia, senzory hladiny v nádržiach alebo signály o činnosti brán, ktoré potrebujú preniesť len niekoľko bajtov niekoľkokrát za hodinu.
Niektorí špecializovaní dodávatelia lokalizačných riešení prenášajú polohu z vlastného modulu cez LoRa alebo LoRaWAN ako jednu z možností prenosu dát popri BLE, mobilnej sieti (LTE, 4G) a Wi-Fi. V takom riešení LoRaWAN slúži na prenos dát, zatiaľ čo vzdialenosť alebo fázu vyhodnocuje iná časť systému. Prehľad jednotlivých technológií nájdete v článku Technológie RTLS na trhu. Satelitnú lokalizáciu vo vonkajších priestoroch približuje heslo globálny navigačný satelitný systém (GNSS).
Prínosy a úskalia
Výhodou je dlhý dosah, niekoľkoročná výdrž batérií pri malých objemoch dát a nižšie náklady na pripojenie jednotlivých objektov než pri trvalom pripojení cez mobilnú sieť. Niekoľko gateway dokáže dostatočne pokryť rozsiahly vonkajší areál. Súkromné siete ponechávajú priemyselnú dátovú prevádzku na infraštruktúre pod kontrolou závodu.
Úskalím sú nízka prenosová kapacita a obmedzenia pracovného cyklu. Sieť nie je vhodná na sledovanie polohy v interiéri s vysokou frekvenciou aktualizácie. Budovy, kov a terén znižujú dosah. Súradnicu v pakete musí aj tak určiť samostatná lokalizačná technológia. Častou chybou pri obstarávaní je uvádzať „pokrytie LoRa“ a „RTLS v interiéri s presnosťou približne jeden meter (asi 3 ft)“ v jednej položke ponuky.
Súvisiace pojmy
LoRaWAN súvisí s konektivitou internetu vecí (IoT) a priemyselného internetu vecí (IIoT), s globálnym polohovým systémom (GPS) a globálnym navigačným satelitným systémom (GNSS), ktoré sú bežným zdrojom prenášaných údajov o polohe vonku, aj so systémami lokalizácie v reálnom čase (RTLS). Niektoré trackery používajú LoRaWAN na prenos už určenej polohy. V interiéri sa poloha zvyčajne určuje pomocou Bluetooth Low Energy (BLE), ultraširokopásmovej technológie (UWB), rádiofrekvenčnej identifikácie (RFID) alebo simultánnej lokalizácie a mapovania (SLAM). Najpokročilejšie riešenie RFID má antény na strope a hlási aktuálne súradnice X, Y a Z. Ďalšie dva prístupy RFID využívajú brány alebo zisťovanie blízkosti a ponúkajú ich rôzni dodávatelia v rôznych cenových hladinách.
Časté otázky
Je LoRaWAN technológia RTLS pre interiér? Nie, LoRaWAN je sieť na prenos malých správ. Na určenie polohy v interiéri treba BLE, UWB, RFID, SLAM alebo iné lokalizačné riešenie. Aktuálnu polohu cez RFID poskytuje riešenie so stropnými anténami, ktoré hlási súradnice X, Y a Z. Lacnejšie RFID riešenia využívajú brány alebo zisťovanie blízkosti. LoRaWAN môže výsledok preniesť.
Aký je rozdiel medzi LoRa a LoRaWAN? LoRa je fyzická rádiová modulácia. LoRaWAN je sieťový protokol postavený na tejto rádiovej technológii a zahŕňa zariadenia, gateway, servery a zabezpečenie.
Možno cez LoRaWAN sledovať vysokozdvižné vozíky v reálnom čase? Nie s takou frekvenciou aktualizácie, akú logistické tímy očakávajú pri špagetovom diagrame aktualizovanom v reálnom čase a pri prideľovaní úloh v sekundových intervaloch. LoRaWAN sa hodí na občasné sledovanie objektov vonku alebo pomaly sa pohybujúcich objektov. Pre vysokozdvižné vozíky použite vnútornú lokalizačnú technológiu s vysokou frekvenciou aktualizácie.
Potrebujeme verejného operátora LoRaWAN? Nie vždy. Mnohé závody prevádzkujú súkromné gateway a vlastný sieťový server, takže dáta priemyselných trackerov neopúšťajú IT infraštruktúru závodu.