LoRa one love. Почему стандарт разочаровал коммунальщиков, но зашёл на заводах

В 2019 году я был на очередной конференции по IoT и до гостиницы меня подвозил местный коллега. По пути мы обсуждали умное ЖКХ и, конечно же, коснулись LoRaWAN. Коллега сказал фразу, которая надолго мне запомнилась: «Мне кажется, будто рынок сопротивляется внедрению Лоры».

Да, в 2019-м именно так всё и было. Лору тогда попробовали внедрить в ЖКХ и в промышленности. Проекты строили с огромным упорством, взлетали они тяжело, часто сразу падали. После общего подъёма и веры в тему IoT парой лет ранее столкновение с реальностью воспринималось болезненно. Но уже тогда я потихоньку начал признаваться себе: не будет Лоры в каждом утюге. Очень уж ограничен круг её использования. А всякие NB-IoT и Wi-Fi 6 её просто добьют. 

Каково же было мое удивление, когда в 2022 году технология обрела вторую жизнь! Несколько крупных игроков (ММК, Сибур) начали развёртку сети на своих заводах. 

В этой статье я расскажу, почему LoRaWAN потерпела неудачу, а теперь снова в деле, и что с ней делать, чтобы не было мучительно больно за потраченные усилия.

В своих статьях я не раз останавливался на специфике применения стандарта LoRaWAN. Как и у любой технологии беспроводной связи, у неё есть и плюсы, и минусы. Из плюсов сразу вспоминаем:

1. Высокая дальность. 2 км в плотной городской застройке и до 10 км в лесу.

2. Высокая помехозащищённость.

3. Высокая криптозащищённость. 

4. Передатчик может несколько лет жить от батарейки при условии не слишком частых выходов в эфир.

5. Можно быстро и относительно дёшево развернуть свою сеть.

Минусы тоже весомые:

1. Переданная информация измеряется буквально десятками байт. Попытка пропихивать через LoRaWAN существенные объёмы информации — весьма сомнительная идея.

2. Буквально несколько полос частот в поддиапазоне 868 МГц. При больших объёмах устройств или слишком частых выходах на связь можно положить эфир.

Как видите, технология весьма специфичная. Для чего она может нам подойти? Ну, к примеру, опросить раз в сутки несколько тысяч водосчётчиков в жилом комплексе. Подойдёт она для такого решения? Вполне.

Или провести опрос системы контроля трубопровода. Там раз в час нам надо передать всего один параметр — сопротивление между трубой тепломагистрали и её изоляцией. В среднем городе около 400 точек контроля, они разбросаны довольно хаотично, и в местах их установки нет питания и часто нет связи. Подойдёт решение на LoRaWAN для такой задачи? Более чем.

А если у нас несколько тысяч датчиков, каждый из которых замеряет и передаёт какой-то один свой параметр? Я встречал производства, напичканные датчиками температуры, давления, вибрации. И здесь Лора вполне к месту, она с лёгкостью уделывает своих конкурентов в этой нише. Wi-Fi не может похвастаться такой же дальнобойностью и помехозащищенностью. NB-IoT мог бы составить конкуренцию, но с ним другая беда — административная. 

Т. к. NB-IoT — это надстройка над сотовой связью, то для любой работы с ним нужен мобильный оператор. И хорошо ещё, когда он есть. Если же завод стоит в таком месте, где нет сотовой связи (или конкретно NB-IoT), то построить её своими силами (читай — построить private LTE) — это для России очень длинный и тяжёлый квест.

ZigBee имеет совсем иную топологию и в определённых моментах может заменить Лору, но надо смотреть на конкретную задачу.

Что же случилось тогда, в 2019-м, что рынок стал Лоре сопротивляться? 

Компания идет, например, в ЖКХ. Планирует опрашивать приборы учёта. Строит свою сеть LoRaWAN. Пробует опросить счётчик воды. Работает!

Пробует опросить счётчик электричества по импульсному выходу. Работает!

Понимает, что надо учиться опрашивать счётчики по RS-485. Именно этот интерфейс помогает доставать информацию из самых важных счётчиков — тепла и части электричества. 

Особенность RS-485 в том, что там объёмы данных резко превышают то, на что рассчитана LoRaWAN. Там в обе стороны ходят разные пакеты, там в ответ на запрос может прилететь целый архив существенного веса. Нет. Речь не идёт о гигабайтах нагрузки — килобайты там. Но ведь помним, что Лора рассчитана лишь на десятки байт?

Итак, наша условная компания пришла к тому, что надо как-то опрашивать устройства по RS-485. Провод? Сотовая связь? Зачем? Ведь мы же построили отличную беспроводную сеть — сеть интернета вещей, сеть будущего!

И начинается шаманство. Точнее, попытка пропихнуть какой-то из протоколов RS-485 через Лору в режиме прозрачного канала. 

Не знаю почему, но большая часть историй, которые я слышал, даже здесь не спотыкалась. Экспериментаторы брали в качестве теста электросчетчик «Меркурий-230». Особенность протокола «Меркурия» в том, что он весьма немногословен и один из немногих реально работает через Лору через прозрачный канал. 

Итак, ура! Мы попробовали, и у нас получилось. LoRaWAN может и RS-485! Вот здорово!

Это «здорово» длится до первой «Энергомеры» с её тяжеловесным протоколом. Вот там энтузиазм начинает спадать. Дальше идут «Караты», «Взлёты» и прочие обитатели подвалов наших многоэтажек. И выясняется, что Лора их не тянет вообще.

То есть тянет, если очень напряжётся, если выставить огромные тайминги, если не перегружать сеть и прочие вещи. Но вот как будто не для этого её делали.

Путь, о котором я рассказываю, прошли почти все интеграторы LoRaWAN, в том числе и мы. Что обидно — он у всех был как под копирку, даже история с «Меркурием» повторялась раз за разом. 

Кому-то удавалось сделать верный вывод: Лора имеет очень ограниченное применение и очень узкий круг задач. Вне этого круга её использовать не надо. Даже если уже построили сеть. Даже если эта сеть большая. 

А ещё дальность оказалась не такая, как в рекламных буклетах, — там в городе обещали все 5 километров. В общем, как-то всё сошлось в одной точке.

2019 год — это момент, когда прошёл энтузиазм. 

Как LoRaWAN пришла в промышленность

Лору бросились развивать в основном телекомы и поставщики оборудования для телекомов. Так уж вышло, что они почти не пересекались c крупными промпредприятиями и не знали, как туда заходить. Потребовалось время, чтобы Лора пришла на промку. Кроме того, промышленность вообще очень консервативная область и в обычных условиях новинки там внедряются и обкатываются долго.

Впрочем, датчики там были всегда. На многих крупных заводах ещё лет тридцать можно было найти прообраз интернета вещей. К примеру, замер температуры печи или вибродиагностика станков были и в 90-е. Аббревиатуре АСКУЭ несколько десятков лет (привет олдам-энергетикам от ЦТ-5000). Но тогда это были просто датчики, измерители, системы контроля. «Вещами интернета» они станут позже.

Со временем эти датчики росли, менялись, становились всё современнее. «Сименс» и «Эмерсон» приучили нас, что датчик может работать и без проводов, и в целом ряде случаев такое оправданно. Конечно, в случае этих гигантов речь шла об их собственных проприетарных протоколах, но сути это не меняет. 

Дальнейшую историю вы знаете. Ни «Сименса», ни «Эмерсона» в нашей стране сейчас официально нет. А потребность есть.

Промышленники обратили свой взор на доступные и относительно открытые протоколы. 

Как я уже писал выше, из самого популярного — Wi-Fi часто не даёт нужной дальности и стабильности. 

Надо понимать, что проекты под заводы весьма скрупулёзно просчитываются. К примеру, на челябинской «Трубодетали» вполне успешно действует сеть датчиков на Wi-Fi. Но для функционирования этой сети им пришлось строить довольно сложное радиопокрытие. На мой взгляд, их техническое решение неоптимально и можно было решить вопрос проще. Однако не стану обсуждать и осуждать коллег, — возможно, я не знаю каких-то вводных, от которых они отталкивались. 

NB-IoT требует работы с сотовым оператором. Вы не можете вот так взять и построить сеть у себя на территории. Она либо у вас там уже есть — и тогда нужен договор с оператором. Либо у вас её там нет. Тогда нужно убеждать оператора её построить или заключить с ним договор на использование частот и развернуть privateLTE. Я даже не знаю, что хуже. Оба варианта длинные и тяжёлые. 

Различных проприетарных протоколов тоже хватает. Но грамотные люди понимают, что чем менее распространён протокол, тем сложнее обслуживать сеть в будущем.

Задачи же, которые ставятся предприятием, часто прямо подходят под Лору. Раз в час получить информацию с датчика, буквально одно число, несколько байт. Возможно, получить аварийный пакет, что значение вдруг вышло за заданные пределы. И… и всё. Большего и не требуется. 

Простой пример. Нам требуется замер температуры в производственном помещении. Очевидно, что нам не нужно измерять её постоянно. По сути, нужно знать два главных момента: среднюю температуру на длительном промежутке и критические отклонения. Это легко решается датчиком на Лоре. Он отправляет информацию, скажем, раз в час, кроме того, предусмотрен режим тревоги, когда при резком изменении температуры отправляется внеочередное тревожное сообщение.

Вдруг оказалось, что Лора идеально подходит для решения этих задач. Именно потому на многих заводах сейчас активно строят Лора-сети. Я этому очень рад, ибо ещё с 2017 года один из самых больших LoRa-энтузиастов у нас в стране.

Но.

Я точно знаю, что RS-485 на заводах есть. И искренне надеюсь, что заводским связистам не придёт в голову «светлая» мысль: «Та-а-ак, сеть мы построили, опрос работает, а давайте попробуем опросить через LoRaWAN вон тот увесистый датчик с кучей метрик…».