Что такое LoRaWAN
LoRa — это способ модуляции радиосигнала. LoRaWAN — протокол над ним: правила, по которым тысячи устройств делят один эфир, не мешая друг другу, и по которым их данные доходят до приложения защищёнными. Эти два понятия часто путают: первое — радио, второе — сеть.
Смысл всего — в обмене: скоростью жертвуют ради дальности и срока службы батареи. Несколько байт в час вместо мегабит в секунду — но за километры и с батареей на годы. Для датчика, который сообщает «уровень 1.25 метра», это точный размен.
LoRaWAN не заменяет Wi-Fi или мобильный интернет. Он не несёт ни видео, ни голос. Он несёт измерение и команду — там, куда кабель не дотянуть, а SIM-карта на каждое устройство была бы бессмысленным расходом.
Путь одного измерения
- Оконечное устройство измеряет и передаёт. Остальное время его радио спит — отсюда и долгая жизнь батареи.
- Шлюз слышит всё в своём радиусе и передаёт дальше. Он ничего не решает, только слушает и подаёт.
- Сетевой сервер отсеивает повторы, когда один пакет услышали несколько шлюзов, проверяет целостность и упорядочивает.
- Приложение получает готовые значения и решает, что с ними делать — показать, записать, поднять тревогу, запустить насос.
Одно устройство могут слышать несколько шлюзов сразу. Это не проблема, а преимущество: сервер берёт лучшую запись и отбрасывает остальные. Поэтому покрытие улучшают добавлением шлюзов, не трогая ни одного устройства на объекте.
Дальность и скорость
Устройство выбирает, насколько «медленно» говорить. Чем медленнее, тем дальше его слышно и тем больше эфира оно занимает. Значения ниже — для европейского диапазона 868 МГц.
| Расширение | Скорость | Типичная дальность | Подходит для |
|---|---|---|---|
| SF7 | 5470 бит/с | до 2 км | плотная городская застройка |
| SF9 | 1760 бит/с | 2 – 5 км | пригород, промплощадки |
| SF10 | 980 бит/с | 5 – 8 км | вне населённых пунктов |
| SF12 | 250 бит/с | 10 – 15 км | прямая видимость, крайние точки |
Цифры — ориентир, а не обещание. Реальная дальность зависит от рельефа, высоты антенны и того, что стоит между двумя точками. Один холм между шлюзом и датчиком отнимает больше, чем добавит любая настройка.
Классы устройств
Класс A
Устройство говорит, когда само решит, и слушает лишь короткое время после этого. Самый экономичный режим — и самый распространённый. Команда ждёт следующего выхода на связь.
Класс B
Дополнительно открывает приём по расписанию, синхронизированному шлюзом. Команда доходит за предсказуемое время, ценой чуть большего расхода батареи.
Класс C
Слушает непрерывно — команда приходит сразу. Радио не спит никогда, поэтому это режим для устройств с постоянным питанием: контроллеров и исполнительных механизмов.
Защита
Каждый пакет шифруется AES-128, причём на двух уровнях, двумя разными ключами. Один защищает связь между устройством и сетью, другой — содержимое до приложения. У разделения точный смысл: оператор сети переносит данные, не имея возможности их прочитать.
Подключение идёт по ключу, записанному в устройство на производстве (OTAA). При каждом включении согласуются новые сеансовые ключи, поэтому записанный старый обмен бесполезен для перехватчика. Счётчики пакетов отбрасывают повторно присланную запись.
Мобильное приложение
Систему смотрят не только с компьютера. Есть приложения для Android и iPhone — те же данные, те же команды, в кармане.
- Схема объекта вживую — уровни, насосы, клапаны, состояние.
- Уведомление о тревоге сразу, а не при следующем открытии.
- Переключение между автоматическим и ручным режимом с подтверждением.
- История по дням и неделям, чтобы видеть, повторяется ли проблема.
- Несколько объектов в одном профиле, с отдельными правами.
Сетевой сервер
Сетевой сервер наших установок — my.lorawan-bg.net. Там регистрируются устройства, пакеты видны вживую, задаются правила тревог и видно, какие шлюзы слышат какое устройство и с какой силой.