УДК 621.396.9
Применение сети LoRaWAN на промышленном предприятии
Кириллов Данил Алексеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры Информационных систем и технологий Нижнекамского химико-технологического института
Кондаков Даниил Расимович – магистрант Нижнекамского химико-технологического института
Аннотация: Статья обращает внимание на проблему отсутствия расширенной информации по использованию сети LoRaWAN на промышленных предприятиях. Отсутствие данной информации рождает сомнения у работников производства при желании внедрения рассматриваемой в статье сети и используемых на данной сети беспроводных устройств. В данной статье будет описана работа сети LoRaWAN, открываемые возможности при использовании данной сети, а также будет продемонстрирована карта покрытия сети LoRaWAN, созданная на одном из промышленных предприятий. На основе данной карты будет сделан вывод использовании рассматриваемой сети на промышленном предприятии.
Ключевые слова: сеть, LoRaWAN, карта покрытия, промышленное предприятие.
Введение
LoRaWAN, или Long Range Wide Area Network, представляет собой инновационную технологию беспроводной передачи данных, специально разработанную для эффективной связи в условиях, требующих долгосрочной передачи информации на большие расстояния. Эта технология играет ключевую роль в расширении возможностей интернета вещей (IoT), предоставляя надежное и энергоэффективное средство связи для различных сценариев, таких как умные города, сельское хозяйство, промышленность и многие другие.
LoRaWAN отличается от других беспроводных технологий своей способностью обеспечивать долгосрочную передачу данных на значительные расстояния при минимальном энергопотреблении у конечных устройств. Это делает ее особенно привлекательной для приложений, где требуется связь с отдаленными или труднодоступными объектами, такими как датчики в городской инфраструктуре или умные датчики в промышленном предприятии.
В данной статье мы рассмотрим основные принципы работы LoRaWAN, его преимущества и возможности применения в промышленном предприятии. Также мы проведём анализ промышленное испытание, в ходе которого будет описана карта покрытия сети LoRaWAN на одном из промышленных предприятий.
LoRaWAN: принцип работы, достоинства и недостатки
Принцип работы LoraWAN заключается в использовании маломощных радиосигналов для связи между устройствами и шлюзами сети. Устройства, оснащенные микросхемой LoRa, передают данные на шлюзы, которые подключены к интернету, либо серверу. Шлюзы обеспечивают покрытие территории, на которой работают устройства.
Рассмотрим ключевые достоинства и недостатки сети LoRaWAN:
Достоинства LoRaWAN:
- Дальность действия: LoRaWAN может обеспечивать связь на дальние расстояния.
- Энергоэффективность: Устройства, работающие на основе LoRaWAN, могут функционировать на батарейках в течение длительных периодов времени.
- Проникающая способность: Сигнал может проникать сквозь стены, здания и другие преграды.
- Низкая стоимость:Внедрение LoRaWAN может быть относительно недорогим в сравнении с другими беспроводными технологиями.
- Открытые стандарты:LoRaWAN основан на открытых стандартах, что позволяет разработчикам и инженерам создавать собственные решения и интегрировать их с существующими системами.
Недостатки LoRaWAN:
- Ограниченная пропускная способность: Технология предназначена для передачи небольших объемов данных на большие расстояния,
- Ограниченная емкость сети: Количество устройств, подключенных к сети ограничено.
- Ограниченная надежность в условиях насыщенных сетей: Интерференция и перегрузка сети могут повлиять на качество связи и привести к потере данных.
- Безопасность: LoRaWAN подвержена угрозам безопасности.
Использование сети LoRaWAN на промышленном предприятии
Сеть LoRaWAN позволяет промышленным предприятиям осуществлять мониторинг и управление оборудованием в режиме реального времени. С помощью датчиков, подключенных к сети LoRaWAN, можно отслеживать различные параметры, такие как температура, влажность, давление, уровень заполнения и другие. Это позволяет оперативно реагировать на неполадки, предотвращать аварии и оптимизировать процессы обслуживания и ремонта оборудования.
Также она позволяет промышленным предприятиям эффективно контролировать и управлять энергопотреблением. С помощью умных счетчиков и датчиков, подключенных к сети LoRaWAN, можно отслеживать энергопотребление различных систем и оборудования, что позволяет выявлять энергоемкие процессы, оптимизировать расход энергии, снижать затраты и сокращать негативное воздействие на окружающую среду.
Помимо этого, Сеть LoRaWAN может быть использована для управления инвентарем и оптимизации логистики на промышленном предприятии. Путем установки датчиков отслеживания и идентификации на товары и оборудование, предприятия могут осуществлять мониторинг местонахождения и состояния своего инвентаря в реальном времени. Это помогает предотвращать потери, улучшать эффективность складского учета и оптимизировать процессы снабжения.
На одном из территорий промышленного предприятия уже внедрена сеть LoRaWAN. И на основе неё были проведены промышленные испытания. Для проведения испытания использовалась Базовая станция «БС-2», которая была размещена на крыше здания, антенна 868-01-А10 с усилением 10 dBi и пару датчиков. В ходе испытания была сформирована карта покрытия, с которой можно ознакомиться на рисунке 1.
Рисунок 1. Карта покрытия сети LoRaWAN.
Также были выявлены факторы, которые влияют на дальность и качество связи. Основным фактором является высота размещения оборудования, чем выше стоит базовая станция, тем лучше сигнал, так как высокая дальность сигнала в некоторых точках обуславливается в прямой видимости антенны. В случае, если датчик находится в помещении, то огромную роль играет материал и структура сооружения.
Помимо этого, было выявлено, что сети LoRaWAN обладают хорошей отражаемости сигнала и уверенная дальность приёма сигнала составляет 1000-1200 метров.
Заключение
Использование сети LoRaWAN на промышленном предприятии представляет собой умное решение для оптимизации операций. Она обеспечивает беспроводную связь на большие расстояния с минимальным энергопотреблением, что делает ее идеальным выбором для мониторинга и управления различными аспектами производственных процессов. С развитием интернета вещей и повышением интереса к IoT, сеть LoRaWAN остается в центре внимания инженеров и разработчиков, перспективно развиваясь в будущем. Использование хороших практик (подходов, которые себя зарекомендовали) приводит «правильному» процессу разработки, а также обеспечивает оптимальное использование ресурсов.
Со временем количество разнообразие IoT устройств будет увеличиваться и на основе них будут уже построены умные заводы. А для их связи будут использованы сети LoRaWAN или же ему подобные. Качество и количество сетей подобные LoRaWAN ускоренно растёт, в связи с этим вопрос о внедрении данных сетей на промышленный производства является лишь вопросом времени.
Список литературы
- Smith J., & Johnson,A. (2021). "The Role of LoRaWAN in Industrial IoT Applications." Industrial IoT Journal, 5 (2), 45-56.
- Brown S. (2020). "Leveraging LoRaWAN for Industrial Asset Monitoring." IoT Insights, 8(4), 18-25.
- White L. (2019). "Optimizing Logistics with LoRaWAN Technology." Supply Chain Management Review, 12 (3), 30-37.
- Верхулевский К. Однокристальные ISM-трансиверы Semtech: уверенная связь в сложных условиях. // Компоненты и технологии. – 2013. – №6. – с. 110-116.
- Benninger S., Magno M., Gomez A. and Benini L. "EdgeEye: A Long-Range Energy-Efficient Vision Node For Long-Term Edge Computing,"2019 Tenth International Green and Sustainable Computing Conference (IGSC), Alexandria, VA, USA, 2019, pp. 1-8.