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

1. 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

2. 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.

3. 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.

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.
   

   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.