LoRaWAN®:in ymmärtäminen vesihuollossa

LoRaWAN® (Long Range Wide Area Network) on viestintäprotokolla, joka on suunniteltu erityisesti pienitehoisiin laajakaistaverkkoihin (LPWAN). Se toimii lisensoimattomilla taajuuksilla ja tarjoaa pitkän kantaman tiedonsiirtoa, pienen virrankulutuksen ja turvallisen tiedonsiirron, joten se soveltuu hyvin esineiden internetin (IoT) sovelluksiin.  
  
Mutta miksi viestintäprotokolla on tärkeä ja miten LoRaWAN®-protokolla auttaa parantamaan tiedonsiirtoa vesihuollossa? Seuraavassa tarkastelemme lähemmin LoRaWAN®:ia ja sen merkitystä IoT-sovelluksissa.

LoRaWAN®-arkkitehtuuri perustuu skaalautuvan, turvallisen ja tehokkaan viestinnän tarjoamiseksi kolmeen keskeiseen komponenttiin: päätelaitteisiin, yhdyskäytäviin ja verkkopalvelimeen. Päätelaitteet ovat mittalaitteita tai antureita, jotka keräävät tietoja ja lähettävät ne verkkoon, kuten vesimittarit.  

Yhdyskäytävät toimivat siltana päätelaitteiden ja verkkopalvelimen välillä. Ne vastaanottavat päätelaitteiden lähettämät tiedot ja välittävät ne edelleen verkkopalvelimelle. Yhdyskäytävät käyttävät IP-pohjaisia verkkoja (kuten Ethernet-, Wi-Fi- tai matkapuhelinverkkoja) kommunikoidakseen verkkopalvelimen kanssa. Verkkopalvelin on LoRaWAN®-arkkitehtuurin keskeinen komponentti, joka vastaa verkon hallinnasta, tietojen käsittelystä ja varmistaa päätepisteiden ja sovellusten välisen viestinnän päästä päähän -turvallisuuden.  

LoRaWAN® tarjoaa useita keskeisiä etuja, jotka tekevät siitä ensisijaisen vaihtoehdon IoT-sovelluksiin, erityisesti niihin, jotka edellyttävät pitkän kantaman viestintää, pientä virrankulutusta, skaalautuvuutta ja kustannustehokkuutta:  

• Pitkä kantama: LoRaWAN® voi lähettää tietoja jopa 15-30 kilometrin etäisyydelle maaseudulla ja 2-5 kilometrin etäisyydelle kaupunkiympäristössä. Tämän vuoksi se on ihanteellinen sovelluksiin, jotka edellyttävät yhteyksiä laajoilla maantieteellisillä alueilla.  
• Alhainen virrankulutus: LoRaWAN®-verkkoa käyttävät laitteet voivat toimia pienillä paristoilla jopa 16 vuoden ajan, mikä on tärkeää vaikeasti saavutettavissa paikoissa tai syrjäisillä alueilla.
• Skaalautuvuus: LoRaWAN®-verkot voivat tukea kymmeniä tuhansia laitteita, joten ne ovat skaalautuvia laajoja IoT-käyttöönottoja varten.
• Turvallisuus: LoRaWAN® tarjoaa päästä päähän -turvasalauksen, joka takaa tietoturvan laitteesta verkkopalvelimelle. 
• Kaksisuuntainen viestintä: LoRaWAN® tukee sekä uplink- (laite yhdyskäytävälle) että downlink-viestintää (yhdyskäytävä laitteelle), mikä mahdollistaa laitteen hallinnan ja laiteohjelmistopäivitykset. 

Näiden etujen lisäksi LoRaWAN®:in toinen keskeinen tekijä on sen monipuolisuus, joka tekee siitä arvokkaan langattoman viestintäteknologian monenlaisiin käyttötarkoituksiin. Sen monipuolisuuteen liittyviä keskeisiä tekijöitä ovat: 

• Standardoitu viestintäprotokolla 
• Nopea integrointi kolmannen osapuolen järjestelmiin 
• Halpa ja helposti saatavilla oleva infrastruktuuri 
• Eri valmistajien mittareiden yhteentoimivuus 
• Toimii sekä julkisissa että yksityisissä verkoissa 

Vaikka LoRaWAN® on tehokas ja joustava teknologia IoT-sovelluksiin, sen keskittyminen pitkiin kantomatkoihin, pieneen virrankulutukseen ja kustannustehokkuuteen merkitsee tiettyjä rajoituksia muilla alueilla. Mahdollisia haasteita ovat tiedonsiirtonopeus, verkon kapasiteetti, viiveet ja häiriöt, kuten jäljempänä kuvataan. 

• Alhaiset tiedonsiirtonopeudet: LoRaWAN® tarjoaa alhaisempia siirtonopeuksia kuin muut tekniikat, joissa ei keskitytä yhtä paljon pitkään kantamaan ja edulliseen viestintään. Jos sovelluksissa tarvitaan suurta tietojen siirtoa, kannattaa harkita hybridiratkaisua, jossa on suurempi kaistanleveys tai matkapuhelinverkkoa.  
• Sisäiset häiriöt: Vaikka LoRaWAN® on kestävä ulkoisten laitteiden aiheuttamia häiriöitä vastaan, sen käyttämät lisensoimattomat taajuudet altistavat sen sisäisille häiriöille oman verkkoinfrastruktuurin sisällä. Jos häiriöriskien vähentäminen ja luotettavan viestinnän varmistaminen ovat ensisijaisia tavoitteita, suositaan lisensoiduilla taajuuksilla toimivia NB-IoT:n kaltaisia tekniikoita.  
• Suhteellisen monimutkainen infrastruktuuri: Langattomaan M-Bus:iin verrattuna LoRaWAN®-verkot vaativat tyypillisesti monimutkaisemman arkkitehtuurin, johon kuuluu yhdyskäytäviä, verkkopalvelimia ja päätelaitteita. Tämä voi aiheuttaa lisää käyttöönotto- ja hallinnointiongelmia erityisesti laajamittaisissa hankkeissa.  
• Viivet: LoRaWAN®-verkon pienitehoinen laajakaistaverkkorakenne merkitsee muita IoT-tekniikoita suurempia viiveitä, minkä vuoksi se ei sovellu sovelluksiin, jotka edellyttävät reaaliaikaista tai lähes reaaliaikaista tiedonsiirtoa. Sama pätee kuitenkin myös NB-IoT luentoihin, joissa käytetään päivittäistä lähetystä.

LoRaWAN®-verkkoja voidaan ottaa käyttöön erilaisissa IoT-sovelluksissa, kuten älykkäissä kaupungeissa, maataloudessa, teollisuuden valvonnassa, omaisuuden seurannassa ja ympäristön valvonnassa. Pitkän kantaman ja alhaisen virrankulutuksen ansiosta tämä viestintätekniikka soveltuu erinomaisesti sovelluksiin, jotka edellyttävät akkukäyttöisiä laitteita syrjäisissä paikoissa.  

Kun tarkastellaan eri toimialojen tapaustarinoita, LoRaWAN® on osoittautunut monipuoliseksi ja arvokkaaksi teknologiaksi, jolla voidaan parantaa tehokkuutta, vähentää kustannuksia ja parantaa palvelujen ja tuotteiden laatua:  

• Älykäs vedenmittaus: Kamstrupin, Gelsenwasser AG:n ja PHYSEC GmbH:n yhteistyössä tuhannet vesimittarit on korvattu LoRaWAN®-mittareilla, joissa on TLS-salaus maksimaalisen tietoturvan varmistamiseksi. Vuoden 2028 loppuun mennessä niitä asennetaan yhteensä 180 000 kappaletta. 
• Älykäs maatalous: Kerlink ja Sensoterra ovat ottaneet käyttöön maaperän kosteuden seurantajärjestelmän Thorigné-Fouillardissa, Ranskassa ja Amsterdamissa, mikä on vähentänyt vedenkulutusta, lisännyt sadon määrää ja vähentänyt työvoimakustannuksia. 
• Älykkäät kaupungit: Pariisissa kaupunki on ottanut käyttöön älykkään valaistuksen, joka edistää kaupungin verkon ekosysteemiä ja mahdollistaa katuvalojen etävalvonnan ja -ohjauksen. Tuloksena on saatu energiansäästöjä, parannettua kunnossapidon tehokkuutta ja yleistä turvallisuutta. 
• Ympäristön seuranta: Usein toistuvien tulvien vuoksi Malesia on asentanut seuranta-antureita jokien varrelle ja tulva-alttiille alueille varoitusjärjestelmän luomiseksi, joka lieventää yhteisöihin kohdistuvia vaikutuksia. Tuloksena oli oikea-aikaisia hälytyksiä, jotka mahdollistivat paremman reagoimisen, pienemmät tulvavahingot ja paremman turvallisuuden asukkaille.