Вторая часть цикла «Заметки IoT-провайдера». Начало можете найти тут.
Итак, мы решили строить сеть.
На самом деле, все было несколько иначе. У нас была задача. Все больше различных компаний обращались к нам по поводу удаленного снятия показаний со счетчиков. Частично мы решали это витухой, но витуху не везде затянешь. И мы озадачились поиском альтернативного способа.
Проанализировали рынок, решили, что именно под нашу задачу лучше всего подходит LoRa. Выбирали из нескольких стандартов. Но «Стриж» оттолкнул проприетарностью, NBIoT требовали частот, да и вообще, прошлогодний рынок разнообразием не радовал. Первую базовую станцию LoRa-то кое-как купили (это был Kerlink).
Давайте немного терминологии. Базовая станция, т.е. приемопередатчик, в Лоре называется шлюз. Честно – это единственное слово, которое упорно у нас не прижилось. Потому шлюзы я, с вашего позволения, продолжу называть базовыми станциями.
БС связывается с оконечным устройством. У него много названий – оконечка, сенсор, датчик. Нам понравилось радиомодуль (РМ).
Сама БС – это тупая железка, которая просто занимается конвертацией радиочасти из LoRa в, скажем, Ethernet. В отличие от LTE, она ничем не управляет и вообще старается думать по минимуму. Все рычаги в следующем звене цепи – сетевом сервере. Именно сервер рулит сетью, именно он слушает пакеты от РМ, именно он решает с какой БС ответить. Правда он никак не интерпретирует сами показания в пакетах, это делает следующее звено – сервер приложений. О них еще поговорим, но пока разбираем именно радиочасть.
Структура сети LoRaWAN
Три месяца ушло на подробное тестирование технологии. Пробовали различные места размещения базовых станций, различные антенны, натыкались на какие-то аномалии и искали решения.
Труднее всего дались замеры. После каждой установки базовой станции нужно два-три дня бегать вокруг нее с измерителем, тыкаться в подъезды и магазины, просить коллег и друзей пустить к себе в квартиры, если они оказывались в зоне действия.
Зато нам удалось составить весьма четкую картину радиопокрытия LoRa-сети и вывести несколько практических постулатов.
Результаты предварительных замеров
- У нас на тесте были пять производителей базовых станций.
- Kerlink
- Прогтех
- Rising HF
- Cisco
- Вега
Смысл большинства из них один и тот же. На борту три чипа, два SX1257 и один SX1301. Различаются только корпусом, качеством исполнения и, разумеется, ценой.
Kerlink имеет добротный корпус. В комплекте идет небольшая антенна на 6 дБи. По сути, он ничем не отличается от конкурентов, кроме запредельной цены. Один Керлинк стоит примерно как 4 Веги. Потому его отмели первым за необоснованный ценник.
Справедливости ради отмечу, что в линейке Керлинков есть интересные решения, например БС на 16 или 24 канала. Однако, для России это избыточно, у нас можно развернуться только на семи каналах полутора мегагерц нелицензируемого спектра.
Прогтех подозрительно похож на Kerlink корпусом, правда стоит в три раза дешевле. Внутри все довольно топорно, собрано из отдельных узлов, платы в два ряда. В целом, по работе особых нареканий не было, но как-то не прижился он у нас.
Rising HF по цене половина Керлинка, зато имеет добротный металлический корпус с радиаторами. Опять же, мало чем отличается от собратьев в плане радиочасти. Подойдет тем, кто любит железное исполнение и опасается пластиковых корпусов.
БС Rising HF
Cisco. Вот насчет ее радиочасти я сто процентов не уверен.
У БС в комплекте две антенны, одна может быть передающей, двумя она слушает. Такое Single-MIMO в Интернете Вещей.Именно Cisco показала наилучшие результаты в плане радиопокрытия. Правда, заявленная стоимость – два Керлинка. И, после теста, ее пришлось вернуть. Cisco очень ответственно подходит к сертификации своих БС, потому в России их еще официально не продавали.
В итоге, мы остановились на базовых станциях Новосибирской компании Вега. Это базовые станции с исполнением на одной плате в непритязательном пластиковом корпусе. Многих этот корпус смущает, думают, что на улице она быстро развалиться или потечет. Но у нас сеть работает именно на них и почти за год ни одна не вышла из строя.
В радиочасти Веги так же ничего особенного, зато цена получилась ниже всех конкурентов. Кроме того, у Новосибирска хорошая поддержка специалистов, даже если находятся баги, их весьма оперативно закрывают. Неудивительно, что решили строиться именно на Веге. Прогтех и Rising HF так же остались в сети, как возможные альтернативы.
БС Вега, внешний вид и установка
-
Средний радиус действия LoRa в городе – 1,5 – 2 км. Это реальные данные. Подчеркну – оконечные устройства находятся не на улице, а там, где они и будут стоять. В квартирах, подвалах, бойлерных и щитовых. И это все очень условно.
Попадаются совсем темные подвалы, где начинает брать только с 500 метров (специально двигали БС к такому подвалу, чтобы понять, когда появится связь). Попадаются открытые места, где пробивает на 4 километра. Однако, средний показатель, все же 1,5-2, от него и отталкиваемся. Разумеется, предельные значения будут только на SF=12. Это важно понимать.
Тут отдельно расскажу про агрессивный маркетинг Лоры и важную вещь, которую не все осознают. Когда говорят, что стандарт может пробить «до 10 км» и работать на скорости «до 5,5 кбит/сек» на ширине полосы в 125 кГц – это разные «до»! 10 километров Лора пробьет только в чистом поле и то на SF = 12. Т.е. скорость будет 292 бит/сек. Чтобы получить SF=7 надо подойти куда ближе. Но там да, до 5,5 кбит/сек.
Эти рекламные уловки чреваты тем, что инженеры начинают тесты в городах и не видят этих «до». Да что там, они часто и километра-то не увидят, если поставят БС на крышу пятиэтажки и воспользуются штатными антеннами! Отсюда вывод, мол, технология не рабочая. Рабочая. Просто надо отделять маркетинговую шелуху от реальных возможностей. 2 километра в городе – это вполне себе результат.
-
Еще одной проблемой, которая часто вводит в заблуждение, являются штатные антенны. Знаете, это как резина с завода на новом авто. Ездить можно, но что-то путное вряд ли поставят. Придется докупать. Так и тут. Штатные антенны на 6 (или даже 3) дБи выкидываем сразу. Пользуемся нормальными антеннами. К примеру, хорошо себя показал российский Радиал. Его А868-10 выдает 10 дБи и карта покрытия это подтверждает. Разумеется, те 2 километра, о которых я говорил в прошлом пункте, это на Радиале. Такая микродоработка.
- Радиопланирование. К сожалению, к этому мы пришли не сразу. Несколько простых правил:
- Базовую станцию нужно поднимать повыше. Прямо задирать на максимальную точку не надо, но она должна быть в среднем выше тех датчиков, которые опрашивает. И занимать одну из доминирующих высот района. При этом важно учитывать не только застройку, но и рельеф. На приложенной карте замеров хорошо видно, что пятно покрытия не круглое. Его во многом деформирует горка на северо-западе и спуск на востоке.
- Расчет на месте установки. Сейчас мы обросли специальными таблицами, по которым, к примеру, проверяем высоту подвеса относительно краев крыши. Чтобы эти края нам диаграмму направленности не срезали. Кроме того, разработали свое крепление.
- Каждый РМ должен находиться в зоне действия минимум двух базовых станций. Это отказоустойчивость.
- Помехи. Противники LoRa говорят, что ее легко заглушить. Да, она умеет работать ниже уровня шума, но всему есть предел. Однако давайте будем честны – заглушить можно все, что угодно. Вжарить Ватт этак на 500 и ляжет не только LoRa, лягут все кто работает в 868. Вопрос только в том, долго ли ваш передатчик проработает и как скоро к вам придут надзорные органы.
Когда я говорю про помехи, я имею ввиду не вредительство, а повседневные ситуации, которые могут вызвать проблемы.
По сути, в городе мы не нашли источников помех, которые бы мешали работе нашей сети. Кроме одной.Единственное, чего боится LoRa – это близость сотовых антенн GSM-900. Вот это реальная проблема. Сотовики начисто кладут нашу БС, она работает еле-еле, пятно покрытия падает до 300 метров. Так происходит не везде, а только там, где есть GSM-900. Если мы стоим рядом с сотовиками, но у них используются диапазоны 1800, 2100 или 2500, то у нас все хорошо.
Кроме того, это влияние ощутимо лишь вблизи. Переезд на соседнюю крышу снимает все проблемы.
Итак, по истечение трех месяцев, мы были готовы. У нас был вендор, понимание как надо делать покрытие и чего стоит избегать. Теперь нужен был пилот, чтобы обкатать полученные знания. О нем – в следующей статье. А еще будет про безопасность, проблемы с RS-485, архитектуру, реальные условия в ЖКХ, жизнь батарейки, проприетарные технологии и прочие практические наблюдения.
Автор: Interfer
