A LoRaWAN technológia hazai bevezetésének a tapasztalatai

A Magyar Elektronika júniusi számában Harmath Csaba főszerkesztő számolt be a ChipCAD Kft. májusi IoT Szaknapjáról. A már két évtizede hagyományosan évente megrendezésre kerülő szaknap idén kiemelten foglalkozott két LPWA technológiával (Low Power Wide Area), a LoRaWAN és az NB IoT hálózatokkal, valamint a kihasználásukhoz szükséges eszközökkel, szoftverekkel és szolgáltatásokkal. A konferencia után örömmel fogadtam el a főszerkesztő felkérését, hogy a LoRaWAN hazai bevezetésében elért tapasztalatainkat megoszthassam a Magyar Elektronika olvasóival.

LoRa–LoRaWAN

A LoRa mozaikszó az angol Long Range szavakra utal, ami egy új rádiómodulációs eljárást jelent. A LoRa moduláció szórt spektrumú frekvenciamodulált rádióhullámokat használ és digitális eljárások segítségével az eddig használt eljárásokhoz képest jelentős hatékonyságjavulást eredményez. Az Európában rádióengedély nélkül használható 868 MHz-es ISM sávon például 25 mW adóteljesítményt használó LoRa rádió 15-20 km hatótávolság elérését biztosítja. Az 1 W adóteljesítménynek mindössze negyvened részét használó LoRa rádiók a hagyományos FSK modulációt alkalmazó rádiók 20 W adóteljesítményével azonos hatótávolság elérésére lettek képesek! Más szóval a mindössze néhány napos vagy pár hetes működésre képes hagyományos telepes üzemű rádiókkal összehasonlítva a LoRa alkalmazások hasonló távolságok elérése mellett akár 5–10 év működési élettartamra váltak képessé a töredék energiaigényük miatt. A szabadalmaztatott LoRa moduláció tulajdonosa a kaliforniai székhelyű Semtech félvezetőgyártó olyan LoRa rádióchipeket fejlesztett ki 2013-ban és 2014-ben, amelyek alkalmasak nagykiterjedésű rádióhálózatok kiszolgálására. A Semtech maga mellé hálózati szoftverfejlesztéshez értő, gép-gép kapcsolatot biztosító készülékek fejlesztésében jártas gyártó cégeket hívott és 2015 elején közösen létrehozták a LoRa Alliance szövetséget a LoRaWAN hálózati specifikáció kidolgozására. Céljuk olyan nyílt hálózati protokoll kidolgozása volt, amely a föld minden régiójában a helyi specialitásokhoz igazodóan maximális módon kihasználja a LoRa lehetőségeit. A nyílt LoRaWAN sztenderd, nem engedélyköteles rádióspektrumot használ. A hálózati topológia nem igényel ismétlő állomásokat, az internetre kapcsolt átjárók segítségével a végberendezések kétirányú adatkapcsolattal érhetők el a hálózati szerver számára. Ez az egyszerű hálózati felépítés és az átjárókban használt adattovábbítási képesség együttesen biztosítják nagyszámú végberendezés hálózatba kapcsolását. Az egyedi 128-bites AES titkosítás minden végberendezésben más kulcsokat használ, emiatt a hálózati szerver számára nagybiztonságú adattovábbítás garantálható. A végberendezések hálózati protokollvezérlője véletlenszerűen választja ki a kommunikációs csatornák valamelyikét, miközben az átjárók az összes hálózati csatornán egyidőben képesek az eszközök adásainak vételére és a hálózati szerver számára történő továbbítására. A LoRaWAN előnye más technológiákkal szemben, hogy egyszerre több átjáró is képes venni és továbbítani a végberendezések üzeneteit, miközben nem szükséges a végberendezéseknek egyetlen átjáróhoz bejelentkezni. Egy végberendezés vételének helyi zavarásával nem lehet azt kiiktatni a hálózati működésből. Az újszerű műszaki megoldásokon felül a LoRaWAN technológia kihasználására épülő üzleti modellek sokrétűen képesek egyedi igények kiszolgálására a kisméretű privát hálózatoktól kezdve egészen az országos méretű nyilvános hálózatokig.

Mi a LoRa technológiával 2014 őszén találkoztunk először a kínai HopeRF termékein keresztül, majd hamarosan a Microchip megjelent a világ első hálózati protokollvezérlőt tartalmazó intelligens LoRa modulcsaládjával. Az RN2483 modul a világon elsőként, még 2015 végén megszerezte az európai rádióhatóságnak, az ETSI szervezetnek a 868 MHz és 433 MHz ISM sávok előírásai szerinti megfelelőséget, majd 2016 elején a LoRa Alliance LoRaWAN protokoll szerinti megfelelést igazoló tanúsítványokat. Ugyan 2015 őszén már a kezünkben volt az RN2483 modul a fejlesztőeszközeivel, de hiányzott a hálózati működés két fontos láncszeme az Internet kapcsolatot biztosító hálózati átjáró és a hálózati szerver. Felvettük a kapcsolatot a francia Kerlink céggel és beszereztük az első kültéri LoRaWAN IoT Állomást néhány Semtech GPS MOTE szenzorral és hálózati szerverhozzáféréssel együtt. Majd 2015 novemberében telepítettük a Lurdy ház tetejére az első átjárót, és vele létrehoztuk saját magunk számára az első LoRaWAN privát hálózatot. Jó eredményre számítottunk, de a valóság messze túlszárnyalt minden elképzelést. A zeg-zugos Lurdy ház minden szegletéből, a mélygarázs legtávolabbi pontját is beleértve, megbízható volt a hálózati kapcsolat a tetőn lévő átjáróra való optikai rálátás nélkül is. Az igazi meglepetés ezután jött, mert mozgó autóból Budafokig online kommunikáció következett, majd a Tétényi-fennsík minden pontjáról, átlagosan 12 km távolságból elérhető maradt a hálózatunk két darab AAA elemmel működtetett Microchip LoRa MOTE fejlesztőpanellel. Az első tapasztalatok a mai napig meghatározó élményt jelentenek, és fontos motiváló tényező volt az egyetemi helyszínekre telepített, átjárókkal bővített budapesti hálózat 2016. februári megnyitásához, hogy a saját tapasztalatainkat mielőbb megoszthassuk a felhasználóinkkal.
www.chipcad.hu/lora

ChipCAD LoRaWAN beszállítók Microchip, Kerlink, LORIOT

A Microchip és Kerlink termékek mellé még 2015 decemberében kipróbáltuk a svájci LORIOT cég ingyenesen elérhető hálózati szerverét és annyira megtetszett a letisztult és logikus felépítése, hogy három héten belül a kereskedelmi változatára váltottunk amiatt, hogy a LoRaWAN minden lehetőségét megismerhessük. A LORIOT hálózati szerverbe beépítettek néhány alkalmazást, amelyek megkönnyítik a technológiát felhasználók munkáját az egyszerű kétirányú adatkapcsolat vezérlésétől kezdve az online GPS LoRa követőprogram felhasználásán át összetett statisztikai analízisek biztosításáig.
2016 februárjától megosztottuk a Loriot ChipCAD hálózatát a felhasználóinkkal, három hónapon keresztül ingyenesen elérhetővé tettük a tőlünk Microchip LoRa eszközöket és fejlesztőpaneleket vásárló cégeknek, és ösztönöztük őket, hogy ezután közvetlenül vegyék igénybe a LORIOT felhőalapú szolgáltatását. Hamarosan megértettük, hogy mi a titok a LORIOT megoldásában. A 2015 elején induló startup céget két alapító hozta létre: Vit Prajzler és Julian Studer. Vit Prajzler az IBM LoRaWAN hálózati szerver szoftverfejlesztőjeként ott bábáskodott a technológia megszületésénél, majd saját cégében maga mellé vette az üzleti folyamatok irányítására a barátját, aki 10 évet töltött el korábban a svájci bankszektorban. Számunkra a LoRa rádió átütő műszaki élményéhez volt hasonlatos a LORIOT-tal való együttműködés, amelyben nem csak gyorsan választ kaptunk a szakmai kérdéseinkre, de a szoftver használatával kapcsolatos javaslatainkat megfogadták és beépítették a következő programváltozatokba. Egyik kollégánk, Márkus Béla 2017. február óta a LORIOT alkalmazásában is áll és a LORIOT magyarországi háttérmunkáit irányítja 2017 novemberétől Király Tamás LORIOT támogatómérnök-kollégájával együtt. A LORIOT mára a LoRa hálózati szerverek piacának a vezetőjévé vált, a hazai felhasználók pedig kihasználhatják a LORIOT hazai támogatását a munkájukhoz. A fenti címen publikált szaknapi összefoglalóban mindhárom LoRa beszállítónk előadásanyaga elolvasható.
www.chipcad.hu/szaknap2018

ChipCAD saját LoRa-fejlesztő

Az első LoRaWAN alkalmazást 2016 januárjában fejlesztettük ki, amivel könnyedén tudtuk felmérni a budapesti priváthálózatunk egész Budapestre kiterjedő területi lefedettségét még a februári nyitás bejelentése előtt. Azóta is folyamatosan fejlesztünk LoRaWAN alkalmazásokat. A saját fejlesztésű és gyártású Micromite GPS LoRa MOTE készüléket BASIC nyelven lehet programozni és emiatt nem csak beágyazott rendszerek szoftverfejlesztőinek, hanem határterületek szakértőinek is ajánljuk. Informatikusok és távközlési szakemberek egyaránt könnyedén programozhatnak vele a saját igényüknek megfelelő szenzorokat és egyéb alkalmazásokat.
www.chipcad.hu/loramote

ChipCAD BP1 LORIOT hálózati szerverszolgáltatás

A saját BP1 LORIOT hálózati szervert egy budapesti szerver-hoszting-szolgáltatónál helyeztük el 2016 decemberében, majd 2017. márciusban megnyitottuk a hazai felhasználók számára.
Az első üzleti LoRaWAN hálózati szolgáltatást a LORIOT-tal közösen biztosítjuk a hazai ipar számára. Célunk, hogy a tőlünk szolgáltatást vásárlók mély LoRaWAN ismeretekre tegyenek szert, amiket saját üzleti céljaikra is legyenek képesek önállóan használni, vagy akár hazai, nyilvános szolgáltatóval együttműködve országos hasznosításhoz végberendezéseket és szoftvereket legyenek képesek kifejleszteni és működtetni.
A LORIOT LoRaWAN hálózati szoftvert fejleszt és a licenszét értékesíti nyilvános és privát hálózatot működtetni akaró felhasználóknak. Emellett az összes földrészen felhőalapú hálózati szolgáltatást is nyújt üzleti felhasználóinak. A kezdők számára ingyenes limitált szolgáltatás is rendelkezésre áll, amely Európában három kiszolgálóról is igénybe vehető. A ChipCAD a LORIOT-tal közösen működteti a BP1 LORIOT privát hálózati szervert.
A világban számos nyilvános LoRaWAN hálózat a LORIOT platformot választotta, közöttük az Antenna Hungária is. A ChipCAD BP1 hálózattal indulók számára magyarnyelvű támogatást nyújtunk és felkészítjük őket saját priváthálózati vagy országos nyilvános hálózati alkalmazások kifejlesztésére és működtetésére.
www.chipcad.hu/bp1loriot

Kerlink átjárók nyilvános és privát hálózatokhoz

A francia Kerlink 14 éve aktív az M2M piacon. A LoRaWAN Alliance alapítója mára a LoRa átjátszók piacvezetője lett, idén már 23000 darab LoRa átjárót meghaladó mennyiséget értékesített. Az általa gyártott berendezések háromféle típuscsaládban készülnek és lefedik az egyedi priváthálózatot működtetők és az országos szolgáltatók igényeit egyaránt. Kis területi igények lefedésére olyan SPN (Small Private Network) hálózatiszerver-szoftvert fejlesztett ki, amely segítségével az átjárók LoRa adatgyűjtővé alakíthatók, és nem kell távoli szerverszolgáltatást igénybe venni a használatukhoz.
www.chipcad.hu/kerlink-spn

ChipCAD LoRa Workshop

2017 májusában Microchip LoRaWAN eszközökre és oktatási anyagokra alapozva egynapos workshop előadás- és gyakorlatsorozatot állítottunk össze. Idáig 15 alkalommal közel 200 résztvevő számára adtuk át a LoRa tapasztalatainkat. Az elméleti összefoglaló utáni gyakorlatok során a workshop résztvevők saját számítógépükön egy Microchip fejlesztőpanel és a BP1 LORIOT hálózati szerver segítségével megismerik a hálózati működés alapjait és a workshoptapasztalataik alapján gyorsan elkezdhetik az önálló LoRaWAN alkalmazásfejlesztést.
Az elmúlt hároméves időszakban sok ChipCAD ügyfélnek adtuk át a LoRa alkalmazások fejlesztéséhez szükséges ismereteket, és mára büszkén látjuk a LoRa hálózatban működő okosmérés, okos-mezőgazdaság, biztonságtechnika és GPS követő alkalmazásaikat. Hálózatfejlesztésben eredményes stratégiát sikerült találnunk oktatási intézményekkel közösen, nem csak Budapesten, de számos vidéki nagyvárosban is. Magas egyetemi épületeken kaptunk helyet a ChipCAD hálózati átjárók számára elektromos energiaellátással és Internetkapcsolattal. Cserébe hálózati hozzáférést biztosítunk egyetemi oktatási és kutatási projektek számára. Több egyetemen oktatják már a LoRa hálózatot és végzős hallgatók eredményesen hasznosítják a szakdolgozatuk kidolgozására az egyetemen elérhető BP1 LORIOT szolgáltatásunkat. Új partnerkapcsolatot építettünk ki távközlési, informatikai és szolgáltató cégekkel, akik hasznosítják LoRa eszközeinket, tapasztalatainkat és szolgáltatásainkat.

www.chipcad.hu/tanfolyam 

ChipCAD

A ChipCAD Kft.-t 1996. decemberében alapítottuk, és azóta hazai tulajdonú elektronikai alkatrészdisztribútorként az integrált áramkörök és elektronikai modulok (GPS/GSM/WiFi/BT/BLE/LoRa, LCD/TFT kijelzők…) szakértőjeként úgy dolgozunk, hogy a kereskedelmi tevékenységünket a folyamatos innováció köré építjük föl. Az elmúlt  22 évben számos technológiaváltásnak nem csak tanúi voltunk, de oktatásokkal, konferenciák szervezésével és szakkönyv kiadással igyekeztünk élen járni és bevezetni a beszállítóink innovatív megoldásait a hazai felhasználók számára. A LoRaWAN hálózati megoldások bevezetése jó mintapéldája ennek a szándékunknak. 

www.chipcad.hu/magunkrol

Várjuk a Magyar Elektronika LoRaWAN iránt érdeklődő olvasóinak a jelentkezését.

Szerző: Dr. Holman Tamás ügyvezető – ChipCAD Kft.

ChipCAD Elektronikai Disztribúció Kft.
1097 Budapest, Könyves Kálmán körút 12-14.
Lurdy ház, Mester utcai bejárat 2. emelet
Telefon: +36 1 231 7000
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.chipcad.hu

Még több ChipCAD