Protokół LoRaWAN: Long Range Wide Area Network
Stanowisko Dydaktyczne ETR100C (Sensoryka, Czujniki, Sterowanie)
LoRaWAN: Long Range Wide Area Network – protokół i system komunikacji bezprzewodowej dalekiego zasięgu o małej mocy (LPWAN), przeznaczony do zastosowań komunikacji między urządzeniami internetu rzeczy (IoT / M2M). Maksymalne odległości między urządzeniami a stacjami bazowymi wynoszą 10–15 km. Rekord odległości z 7 września 2023 to 1336 km (830 mil morskich), osiągnięty poprzez udaną komunikację między trakerem zainstalowanym na łodzi rybackiej Estrela de Sesimbre i bojach u wybrzeża koło Sesimbry w Portugalii a bramą sieciową systemu LoRaWAN na Wyspach Kanaryjskich. Łączność na takie dystanse jest możliwa dzięki propagacji troposferycznej. Szybkość transmisji danych w systemie LoRa wynosi między 0,3 kb/s a 37,5 kb/s. Z racji technik użytych w celu minimalizacji użycia energii, LoRa nie jest odpowiednia dla usług czasu rzeczywistego a jedynie dla tych aplikacji, w których można tolerować opóźnienia. LoRa wykorzystuje wolne od licencji sub-gigahercowe pasma częstotliwości radiowych (tzw. Pasmo ISM), takie jak 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europa) i 915 MHz (Ameryka Północna).
Opis Stanowiska:
- Doświadczenia z użyciem czujników IoT, Smart City
- Nauka programowania w języku programowania Python
- Demonstracja zasad funkcjonowania protokołów LoRa / LoRaWAN
- Wprowadzenie do zagadnień sieci IP
- Stanowisko dydaktyczne kompatybilne z czujnikami Arduino
Obiekty komunikujące się między sobą dają możliwość zrewolucjonizowania obecnego sposobu korzystania z telekomunikacji. Miniaturyzacja oraz wielość czujników, które możemy podłączyć do sieci, spowodują szybki rozwój tej dziedziny w nadchodzących latach. Spośród różnych protokołów zaproponowanych przez deweloperów, wybraliśmy protokół LoRa, który prezentuje najskuteczniejsze cechy techniczne dotyczące kluczowych punktów dla tej technologii i jej rozwoju: bardzo niskiego zużycia energii oraz łączności na dużych dystansach.
Sieć LoRaWAN posiada topologię gwiazdy. Każdy element jest podłączony do pojedynczego koncentratora, który nadzoruje i zarządza kilkuset czujnikami rozproszonymi na obszarze o promieniu kilku kilometrów. Firma Didalab opracowała dydaktyczny zestaw czujników oraz koncentratorów dających możliwość demonstracji działania i wdrażania kompletnego systemu IoT (Internetu Rzeczy) od czujnika, przez bramkę, do serwera.
Proponowane ćwiczenia praktyczne mają na celu zapoznanie studentów z obsługą wielu czujników oraz demonstrację różnorodności możliwych zastosowań tego typu systemów. Technologia sieci LoRaWAN drastycznie zmniejsza zużycie energii elektrycznej zapewniając przy tym łączność na przestrzeni kilku kilometrów między poszczególnymi elementami systemu.
Zawartość Zestawu ETR100C:
- EID430: moduł urządzenia końcowego LoRa / LoRaWAN, 868 MHz, w komplecie: mikrokontroler ESP32 SoC (dwurdzeniowy, 32-bitowy mikroprocesor XTENSA LX6 o częstotliwości 240 MHz, 600 DMIPS, Bluetooth, WiFi) z pamięcią Flash 32 Mbit, moduł interfejsu UART, dwa moduły interfejsu SPI, dwa moduły magistrali I2C, interfejs USB i RS232, sześć wejść ADC, dwa wyjścia DAC. Pomiary: poboru prądu, napięcia akumulatora, magistrali szeregowej I²C, SPI.
Programowanie via ESP, debugowanie via USB. Moduł wyposażony jest w jeden przycisk, jeden potencjometr, dwie diody LED, 15 wejść/wyjść, czujnik temperatury, czujnik wilgotności i ciśnienia, czujnik natężenia oświetlenia, czujnik tętna, akcelerometr i 3-osiowy czujnik żyroskopowy, układ ładowania akumulatora, czujnik prądu oraz nakładka Arduino Shield (z portem zasilania, portem analogowym i dwoma portami cyfrowymi).
W module znajduje się również modem LoRA / GFSK, SX1272 868 (lub 925) MHz (LoRaWAN stack klasa A, B i C), z funkcjonalnością pomiaru wskaźnika siły odbieranego sygnału (RSSI - Received Signal Strength Indicator) oraz SNB (sposób, w jaki czujniki przesyłają dane za pomocą sieci LoRaWAN), wbudowana antena 20 dB, zasilanie 5 V przez USB lub baterie, przewód USB AA.
- EID420: Bramka LoRa/LoRaWAN, 868 MHz. Z dwoma interfejsami Tx (nadajnik) i Rx (odbiornik) do równoległej demodulacji na 8 częstotliwościach, demodulacja LoRa i GFSK, antena zewnętrzna 868 MHz.
- EMD430: Procesor widma radiowego, radio definiowane programowo (SDR - Software Defined Radio), przewód USB AB.
- ETR100: Szafa IoT (szafa komputerowa ze szklanymi drzwiami), w komplecie:
- router 8-portowy
- panel miksujący z 11 poprzeczkami RJ-45
- szuflada 2U
- serwer wirtualizacji
- półka na serwery: zasilacz 12 V/3 A, płytka rozszerzeń Bitscope, serwer sieciowy, serwer aplikacji
- 10 przewodów UTP, 50 cm
- przewód UTP, 2 m
- EID431: moduł programowania i pomiarów
- EID430 dodatkowy moduł urządzenia końcowego LoRa / LoRaWAN, 868 MHz
- Szafa IoT jest odizolowana od sieci Internet, niewłaściwe użycie nie spowoduje żadnych uszkodzeń sieci lokalnej
- Dzięki szafie IoT można przeprowadzać ćwiczenia na serwerze z 4 wirtualnymi maszynami
- Okablowanie sieciowe szafy IoT jest wykonane za pomocą panelu krosowego w celu ochrony aktywnych komponentów
Stanowisko edukacyjne dostarczamy z opisami gotowych ćwiczeń.
Czas dostawy: ~ 12 tygodni (z wyłączeniem sierpnia).