Načrtovanje LoRaWAN IoT omrežja

Radijsko načrtovanje LoRaWAN omrežja je proces izbire najboljših lokacij za postavitev LoRa baznih postaj in LoRa nodov – senzorji, adapterji, naprave. S pomočjo meritev določimo optimalne nastavitve parametrov delovanja vseh komponent brezžičnega komunikacijskega sistema. Cilj izvajanja meritev je zagotavljanje zadostne pokritosti in zmogljivosti za kvalitetno izvajanje željenih IoT komunikacijskih storitev.

Pri radijskem načrtovanju operiramo z dvema ključnima dejavnikoma: pokritost in zmogljivost. Pokritost se nanaša na geografski odtis sistema, ki ima zadostno moč RF signala za uspešno izpeljavo podatkovne seje. Zmogljivost se nanaša na zmožnost sistema, da vzdržuje povezavo za željeno število povezanih naprav. Zmogljivost in pokritost se medsebojno izključujeta. Da bi izboljšali pokritost, je potrebno žrtvovati zmogljivosti in obratno, s povečanjem zmogljivosti se zmanjša pokritost.

Načrtovanje pokritosti LoRaWAN signala poteka zelo podobno kot pri ostalih brezžičnih komunikacijah. Razlika je, da LoRa tehnologija deluje v 868 Mhz frekvenčnem prostoru in z nizkimi prenosnimi hitrostmi. Z eno samo bazno postajo lahko dosežemo pokritost tudi nekaj deset kilometrov površine. Radijsko planiranje lahko izvedemo že v sami fazi načrtovanja LoRaWAN omrežja ali se izvaja vzporedno s postavitvijo sistema na lokaciji.

V podjetju Telos se pri meritvah popolnoma prilagodimo potrebam in željam stranke. Meritve izvajamo v dveh fazah – v prvi izvedemo teoretično planiranje, v drugi  izpeljemo terenske meritve (Wireless Site Survey) na lokaciji postavitve. V praksi srečujemo dva osnovna tipa lokacij pokrivanja – zunanje površine in zaprte notranje prostore (stavbe, hale, …). Pri njih se srečujemo z večjim številom motenj in fizičnih ovir, zato so meritve bolj zahtevne in je potrebno več prilagoditev sistema.

Teoretično radijsko planiranje

Na začetku teoretičnega radijskega planiranje preverimo osnovno strukturo lokacije, pri čemer si pomagamo z Google zemljevidi. Tako pridobimo osnoven relief področja, ki ga želimo pokriti. Na grobo določimo optimalne točke za postavitev LoRa baznih postaj in preverimo ali je na njih na voljo ustrezno napajanje in dostop do interneta (ethernet ali 4G/LTE).

Sledi uporaba namenskih programskih orodij. Ker na trgu še ni lastnega (native) Lora orodja za načrtovanje, uporabljamo namenska orodja za planiranje RF signala. Dejavniki, ki jih je pri teoretičnem planiranju potrebno pravilno ovrednotiti in nastaviti so:

• Frekvenca
• Učinkovita moč sevanja (ERP)
• Vrsta antene, dobiček (gain) in vzorec sevanja
• Višina antene nad tlemi
• Polarizacija
• Odbojnost od površin
• Vremenski vplivi
• Časovna spremenljivost
• Relief terena
• Motnje
• Faktor širjenja (spreading factor)
• Izhodna moč antene

Po opravljeni analizi pridobimo dokaj natančen izris pokritosti (heat map) ciljnega območja in vidimo kje so prisotne »luknje«. Heat mapi nam dajo odličen vpogled v pokritost in prodiranje signala po terenu. V izrisu je viden tudi minimalni nivo signala, ki ga končna naprava potrebuje za uspešno komunikacijo.

Terenske radijske meritve

Po natančnem pregledu dobljenih rezultatov teoretičnega, sledijo terenske meritve LoRa omrežja. Oprema, ki jo pri tem uporabljamo je Multitech Conduit LoRa bazna postaja, ki jo namestimo na lokacijo določeno v teoretičnem delu planiranja in dva tipa LoRa merilcev signala. Prvi je Multitech mDot Box, ki omogoča samodejno merjenje vseh LoraWAN parametrov. Z njim lahko natančno določimo kako mora biti končna naprava (node) nastavljena, da deluje optimalno. Postopek vsakega posameznega merjenja traja nekaj deset minut. MTBOX nam daje tudi možnost ročnega merjenja in nastavljanja LoraWAN parametrov. Drugi merilec je dokaj enostaven, a zelo hiter Adeunis LoRa Tester, ki je zelo priročen za izvedbo večjega števila zaporednih merjenj.

Ko zberemo skupaj vse pridobljene izmerjene vrednosti, naredimo natančno analizo ter po potrebi spremenimo lokacije LoRa baznih postaj. Pripravimo poročilo z rezultati in opombami in ga posredujemo naročniku. Na osnovi naših meritev lahko naročnik postavi optimizirano LoRa omrežje, ki zadosti vsem zahtevam. Po postavitvi na lokaciji lahko izvedemo dodatne meritve in tako preverimo delovanje sistema in ga po potrebi dodatno nastavimo.

Terenske radijske meritve LoRaWAN omrežja na Ljubljanskem gradu