Ett privat LoRaWAN-nätverk gör det möjligt att ansluta sensorer till en radioinfrastruktur som drivs direkt av företaget. Till skillnad från ett offentligt LoRaWAN-nätverk installeras gatewayerna och nätverksservern för att tillgodose anläggningens behov.
Denna arkitektur är särskilt lämplig för kontorsbyggnader, industrianläggningar och fastighetskomplex som vill centralisera sina data i ett fastighetsstyrsystem utan att behöva teckna ett abonnemang hos en operatör för varje enskild sensor.
För att kunna införa systemet krävs det dock att radiotäckningen dimensioneras korrekt, att utrustningen säkras och att man planerar för avkodning av data.
Vad är ett privat LoRaWAN-nätverk?
I ett privat LoRaWAN-nätverk kommunicerar sensorerna med en eller flera gateways som är installerade på platsen. Dessa gateways vidarebefordrar meddelandena till en LoRa Network Server, även kallad LNS, som hanterar nätverket och de anslutna enheterna.
Arkitekturen följer vanligtvis följande steg:
LoRaWAN-sensorer → Gateway → LNS → Avkodning av data → GTB eller app
Varje komponent har en specifik funktion:
- Sensorerna mäter och överför data
- Gatewayen tar emot radioramarna
- LNS hanterar utrustning, sessioner och kommunikation
- Codecen omvandlar rådata till användbara värden
- GTB visar, arkiverar och använder data
LNS kan vara placerat på en fjärrserver eller direkt integrerat i gatewayen. Enless privata LoRaWAN-lösning bygger på den senare metoden.
Varför välja ett privat LoRaWAN-nätverk?
Ett privat nätverk gör det möjligt att ha full kontroll över infrastrukturen och anpassa den efter byggnadens särdrag.
De främsta fördelarna är:
- Ett skydd anpassat efter platsen
- Avsaknaden av operatörsabonnemang per sensor
- En arkitektur som kan fungera lokalt
- Direkt integration med fastighetsstyrsystemet
- Möjligheten att använda sensorer från olika tillverkare
- Självständig hantering av utrustning och data
Denna självständighet innebär också att man måste hantera gateways, säkerhetsnycklar, LNS, uppdateringar och nätverksövervakning.
För en anläggning med mycket utspridda platser kan ett offentligt LoRaWAN-nät därför fortfarande vara det bästa alternativet. För en byggnad eller ett campus där många sensorer är koncentrerade ger det privata nätet i allmänhet större kontroll.
1. Fastställa projektets behov
Det första steget är att fastställa vilka uppgifter som ska samlas in och vart de ska skickas.
I en GTB-applikation kan ett privat LoRaWAN-nätverk användas för att rapportera:
- Temperatur och luftfuktighet
- CO₂-koncentrationen
- Förbrukningen av vatten, gas eller el
- Utrustningens driftsstatus
- Öppningar för dörrar och fönster
- Tekniska larm
- Data från Modbus-utrustning
Därefter måste man ange antalet sensorer, deras sändningsfrekvens, eventuella behov av nedstyrning samt vilket protokoll som fastighetsstyrningssystemet förväntar sig.
En mätning som skickas var femtonde minut medför inte samma belastning som ett larm som måste vidarebefordras omedelbart.
2. Undersöka LoRaWAN-nätets täckning
LoRaWAN-räckvidden beror i hög grad på omgivningen. En teoretisk räckvidd i fri sikt garanterar inte täckning inne i en byggnad.
De viktigaste faktorerna som ska undersökas är:
- Antalet våningar
- Väggarnas och golvens tjocklek
- Förekomsten av armerad betong
- Metallkonstruktioner
- Underjordiska teknikutrymmen
- Elskåpens placering
- Antennens placering och typ
- Radiostörningar i omgivningen
Gatewayen bör helst installeras högt upp, på en central och fri plats. Om den är placerad i ett metallskåp måste antennen placeras utanför skåpet.
Radiotester måste genomföras från de mest ogynnsamma platserna. Med hjälp av RSSI och SNR kan man utvärdera förbindelsernas kvalitet och säkerställa att det finns tillräcklig marginal för framtida variationer.
I en stor byggnad, på ett campus eller på en kritisk anläggning kan det krävas flera gateways för att förbättra täckningen eller säkerställa redundans.
3. Välj gateways och LNS
Gatewayen ska inte förväxlas med LNS. Den tar emot radiomeddelanden, medan nätverksservern bland annat hanterar:
- Autentisering av sensorer
- Aktiveringsförfaranden
- Borttagning av dubbla ramar
- ADR, eller anpassning av radioutsändningens effekt
- Nedåtgående meddelanden
- Övervakning av LoRaWAN-sessioner
En inbyggd LNS förenklar den lokala arkitekturen genom att samla radiomottagning och nätverkshantering i en och samma enhet.
LoRaWAN-gatewayen Enless RX LORAWAN 500-602 har en inbyggd LNS och kan hantera upp till 500 LoRaWAN-sensorer. Den fungerar på frekvensbandet EU868 och är kompatibel med både Enless-sensorer och LoRaWAN-utrustning från andra tillverkare.
4. Säkerställa det privata LoRaWAN-nätverket
LoRaWAN har inbyggda mekanismer för autentisering och AES-128-kryptering. Deras effektivitet beror dock på hur nätverket är konfigurerat och drivs. LoRa Alliance rekommenderar bland annat att nycklarna skyddas och att man undviker att använda samma nycklar på flera enheter.
God praxis innebär att:
- Prioritera aktivering via OTAA
- Använd unika nycklar för varje sensor
- Förvara AppKey och andra inloggningsuppgifter på en säker plats
- Begränsa åtkomsten till konfigurationsgränssnittet
- Isolera gatewayen i ett lämpligt nätverk
- Spara inställningarna
- Håll firmware uppdaterad
- Stäng av utrustning som inte längre används
Åtkomsten till LNS, gatewayen och GTB måste också integreras i byggnadens cybersäkerhetspolicy.
5. Registrera och aktivera sensorerna
För att ansluta till nätverket måste varje sensor registreras med sina LoRaWAN-identifierare. Vid OTAA-aktivering är det vanligtvis följande:
- DevEUI
- JoinEUI eller AppEUI
- AppKey
Radioområdet och frekvensplanen måste också stämma överens med det nätverk som används. I Frankrike och i de flesta europeiska länder fungerar utrustningen på frekvensen EU868.
Efter aktiveringen måste man kontrollera följande:
- Framgången med sammanfogningen
- Mottagningen av de första upplänkarna
- RSSI-nivån
- SNR-nivån
- Sändningsfrekvensen
- Konsistensen hos de mottagna uppgifterna
I Enless GitBook-dokumentationen beskrivs aktiveringsprocedurerna och tillhörande felsökning. En orange LED-lampa kan till exempel indikera att aktiveringen har lyckats men att RSSI-nivån är låg, medan en röd LED-lampa kan tyda på problem med nycklar eller täckning.
6. Avkoda och integrera data i fastighetsstyrsystemet
LoRaWAN-kompatibiliteten garanterar att en sensor kan kommunicera med en kompatibel gateway. Den garanterar dock inte att gatewayen automatiskt kan tolka innehållet i sensorns meddelanden.
Varje tillverkare fastställer formatet för den nyttolast som överförs av dess sensorer. Det krävs därför en kodek för att omvandla rådata till uppgifter såsom temperatur, mätarställning eller kontaktstatus.
Enless-gatewayen avkodar Enless LoRaWAN-sensorer direkt. För sensorer från andra tillverkare går det att lägga till kodekar och mappa de erhållna värdena.
Uppgifterna kan sedan förberedas för överföring till fastighetsstyrsystemet via Modbus eller BACnet, beroende på vilken firmware och arkitektur som används. Den tekniska handboken för LoRaWAN-gatewayen beskriver i detalj konfiguration, installation och tillgängliga gränssnitt.
7. Testa och dokumentera installationen
Innan nätverket tas i drift måste det testas under verkliga driftsförhållanden.
Kontrollen ska omfatta:
- Mottagning från alla sensorer
- De svåraste radiotäckningsområdena
- Korrekt återhämtning av värdena
- Hantering av kommunikationsavbrott
- Varningar om saknade data
- Omstart av gatewayen
- Kommunikationen med GTB
- Eventuella order uppifrån
Det rekommenderas även att spara en installationsplan, en lista över sensorer, deras identifieringsnummer, deras placering, vilka kodekar som används samt en säkerhetskopia av konfigurationen.
Fel man bör undvika
Det finns flera fel som kan äventyra säkerheten i ett privat LoRaWAN-nätverk:
- Installera gatewayen i ett metallskåp utan extern antenn
- Dimensionera taket enbart utifrån en teoretisk spännvidd
- Att förväxla LoRaWAN-kompatibilitet med inbyggd avkodning av sensorer
- Använda samma nycklar på flera enheter
- Att bortse från hur ofta meddelanden skickas
- Placera ut alla sensorer innan du har testat de svåra områdena
- Att försumma övervakningen av kommunikationsavbrott
- Planera inte för den slutliga integreringen i fastighetsstyrsystemet
Sammanfattning
Uppbyggnaden av ett privat LoRaWAN-nätverk bygger på sex väsentliga delar:
- En tydlig definition av vilka uppgifter som ska samlas in
- En täckningsundersökning som genomfördes på plats
- En lämplig placering av gateways och antenner
- En korrekt konfigurerad LNS
- En säker aktivering av sensorerna
- En konsekvent avkodning och mappning till fastighetsstyrsystemet
Enless erbjuder LoRaWAN-sensorer för fastighetsautomation samt en gateway med inbyggd LNS för att bygga upp en lokal privat arkitektur. För att kontrollera dimensioneringen eller kompatibiliteten med er styrenhet kan ni kontakta Enless-teamet.
