Хабрахабр

Записки IoT-провайдера. Покрытие

Начало можете найти тут. Вторая часть цикла «Заметки IoT-провайдера».

Итак, мы решили строить сеть.

У нас была задача. На самом деле, все было несколько иначе. Частично мы решали это витухой, но витуху не везде затянешь. Все больше различных компаний обращались к нам по поводу удаленного снятия показаний со счетчиков. И мы озадачились поиском альтернативного способа.

Выбирали из нескольких стандартов. Проанализировали рынок, решили, что именно под нашу задачу лучше всего подходит LoRa. Первую базовую станцию LoRa-то кое-как купили (это был Kerlink). Но «Стриж» оттолкнул проприетарностью, NBIoT требовали частот, да и вообще, прошлогодний рынок разнообразием не радовал.

Базовая станция, т.е. Давайте немного терминологии. Честно – это единственное слово, которое упорно у нас не прижилось. приемопередатчик, в Лоре называется шлюз. Потому шлюзы я, с вашего позволения, продолжу называть базовыми станциями.

У него много названий – оконечка, сенсор, датчик. БС связывается с оконечным устройством. Нам понравилось радиомодуль (РМ).

В отличие от LTE, она ничем не управляет и вообще старается думать по минимуму. Сама БС – это тупая железка, которая просто занимается конвертацией радиочасти из LoRa в, скажем, Ethernet. Именно сервер рулит сетью, именно он слушает пакеты от РМ, именно он решает с какой БС ответить. Все рычаги в следующем звене цепи – сетевом сервере. О них еще поговорим, но пока разбираем именно радиочасть. Правда он никак не интерпретирует сами показания в пакетах, это делает следующее звено – сервер приложений.

Структура сети LoRaWAN

Пробовали различные места размещения базовых станций, различные антенны, натыкались на какие-то аномалии и искали решения. Три месяца ушло на подробное тестирование технологии.

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. Труднее всего дались замеры.

Результаты предварительных замеров

  1. У нас на тесте были пять производителей базовых станций.
    • Kerlink
    • Прогтех
    • Rising HF
    • Cisco
    • Вега

    На борту три чипа, два SX1257 и один SX1301. Смысл большинства из них один и тот же. Различаются только корпусом, качеством исполнения и, разумеется, ценой.

    В комплекте идет небольшая антенна на 6 дБи. Kerlink имеет добротный корпус. Один Керлинк стоит примерно как 4 Веги. По сути, он ничем не отличается от конкурентов, кроме запредельной цены. Потому его отмели первым за необоснованный ценник.

    Однако, для России это избыточно, у нас можно развернуться только на семи каналах полутора мегагерц нелицензируемого спектра. Справедливости ради отмечу, что в линейке Керлинков есть интересные решения, например БС на 16 или 24 канала.

    Внутри все довольно топорно, собрано из отдельных узлов, платы в два ряда. Прогтех подозрительно похож на Kerlink корпусом, правда стоит в три раза дешевле. В целом, по работе особых нареканий не было, но как-то не прижился он у нас.

    Опять же, мало чем отличается от собратьев в плане радиочасти. Rising HF по цене половина Керлинка, зато имеет добротный металлический корпус с радиаторами. Подойдет тем, кто любит железное исполнение и опасается пластиковых корпусов.

    БС Rising HF

    Вот насчет ее радиочасти я сто процентов не уверен.
    У БС в комплекте две антенны, одна может быть передающей, двумя она слушает. Cisco. Такое Single-MIMO в Интернете Вещей.

    Правда, заявленная стоимость – два Керлинка. Именно Cisco показала наилучшие результаты в плане радиопокрытия. Cisco очень ответственно подходит к сертификации своих БС, потому в России их еще официально не продавали. И, после теста, ее пришлось вернуть.

    Это базовые станции с исполнением на одной плате в непритязательном пластиковом корпусе. В итоге, мы остановились на базовых станциях Новосибирской компании Вега. Но у нас сеть работает именно на них и почти за год ни одна не вышла из строя. Многих этот корпус смущает, думают, что на улице она быстро развалиться или потечет.

    Кроме того, у Новосибирска хорошая поддержка специалистов, даже если находятся баги, их весьма оперативно закрывают. В радиочасти Веги так же ничего особенного, зато цена получилась ниже всех конкурентов. Прогтех и Rising HF так же остались в сети, как возможные альтернативы. Неудивительно, что решили строиться именно на Веге.

    БС Вега, внешний вид и установка

  2. Это реальные данные. Средний радиус действия LoRa в городе – 1,5 – 2 км. В квартирах, подвалах, бойлерных и щитовых. Подчеркну – оконечные устройства находятся не на улице, а там, где они и будут стоять. И это все очень условно.

    Попадаются открытые места, где пробивает на 4 километра. Попадаются совсем темные подвалы, где начинает брать только с 500 метров (специально двигали БС к такому подвалу, чтобы понять, когда появится связь). Разумеется, предельные значения будут только на SF=12. Однако, средний показатель, все же 1,5-2, от него и отталкиваемся. Это важно понимать.

    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»! Тут отдельно расскажу про агрессивный маркетинг Лоры и важную вещь, которую не все осознают. Т.е. 10 километров Лора пробьет только в чистом поле и то на SF = 12. Чтобы получить SF=7 надо подойти куда ближе. скорость будет 292 бит/сек. Но там да, до 5,5 кбит/сек.

    Да что там, они часто и километра-то не увидят, если поставят БС на крышу пятиэтажки и воспользуются штатными антеннами! Эти рекламные уловки чреваты тем, что инженеры начинают тесты в городах и не видят этих «до». Рабочая. Отсюда вывод, мол, технология не рабочая. 2 километра в городе – это вполне себе результат. Просто надо отделять маркетинговую шелуху от реальных возможностей.

  3. Знаете, это как резина с завода на новом авто. Еще одной проблемой, которая часто вводит в заблуждение, являются штатные антенны. Придется докупать. Ездить можно, но что-то путное вряд ли поставят. Штатные антенны на 6 (или даже 3) дБи выкидываем сразу. Так и тут. К примеру, хорошо себя показал российский Радиал. Пользуемся нормальными антеннами. Разумеется, те 2 километра, о которых я говорил в прошлом пункте, это на Радиале. Его А868-10 выдает 10 дБи и карта покрытия это подтверждает. Такая микродоработка.

  4. 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.
  5. 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.

    Кроме одной. 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.

    Вот это реальная проблема. Единственное, чего боится LoRa – это близость сотовых антенн GSM-900. Так происходит не везде, а только там, где есть GSM-900. Сотовики начисто кладут нашу БС, она работает еле-еле, пятно покрытия падает до 300 метров. Если мы стоим рядом с сотовиками, но у них используются диапазоны 1800, 2100 или 2500, то у нас все хорошо.

    Переезд на соседнюю крышу снимает все проблемы. Кроме того, это влияние ощутимо лишь вблизи.

У нас был вендор, понимание как надо делать покрытие и чего стоит избегать. Итак, по истечение трех месяцев, мы были готовы. О нем – в следующей статье. Теперь нужен был пилот, чтобы обкатать полученные знания. А еще будет про безопасность, проблемы с RS-485, архитектуру, реальные условия в ЖКХ, жизнь батарейки, проприетарные технологии и прочие практические наблюдения.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть