Революцията на дългобойния IoT: Как LoRaWAN преобразява умните градове и ферми

Тиха революция в свързаността между град и ферма

Представете си улични лампи, които автоматично се настройват, за да пестят енергия, или култури, които сигнализират на фермерите, когато имат нужда от вода – всичко това чрез безжична мрежа, която се простира на километри и работи с малки батерии години наред. Това е обещанието на LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), енергоспестяваща IoT мрежова технология, която тихо захранва умни градове и умни ферми по целия свят. През последните няколко години LoRaWAN се утвърди като водеща платформа за Интернет на нещата (IoT), с над 350 милиона устройства и сензори, свързани в световен мащаб към средата на 2024 г. lora-alliance.org. Експерти от индустрията прогнозират, че до 2030 г. LoRaWAN ще помогне за надхвърляне на 3,5 милиарда нискоенергийни IoT връзки, което ще позволи истински „масов IoT“ в глобален мащаб lora-alliance.org. Този доклад разглежда как работи LoRaWAN, защо има предимства пред други технологии и как се внедрява от градските улици до селските полета – преобразявайки трафика, управлението на отпадъците, напояването, мониторинга на животни и още много в процеса.

„LoRaWAN затвърди позицията си като основна и водеща на пазара LPWAN технология… Ние превръщаме Масовия IoT в реалност и бързо мащабираме внедряванията.“ – Алпер Йегин, изпълнителен директор на LoRa Alliance (2024) lora-alliance.org

Какво е LoRaWAN? Архитектура и основни характеристики

LoRaWAN е отворен протокол и мрежова архитектура, предназначени за свързване на нискоенергийни, далекобойни устройства към интернет. Тя се основава на LoRa (съкратено от „Long Range“), безжична радиомодулационна технология, изобретена от Semtech. С прости думи, LoRa е специалният метод за радиосигнал – използващ модулация с разпространен спектър чрез чирп – който позволява на малки устройства да изпращат данни на няколко километра, като консумират минимална енергия tektelic.com. LoRaWAN е комуникационният протокол и системната архитектура, които работят върху LoRa радио, определяйки как устройствата се присъединяват към мрежата, как се криптират данните и как мрежовите сървъри управляват даннитеstatetechmagazine.com.

Мрежова архитектура: LoRaWAN използва топология „звезда от звезди“. Малки безжични сензори („крайни възли“) на терен изпращат данни чрез LoRa радио до близките шлюзове (наричани още базови станции). Тези шлюзове са прости релейни устройства – те препращат сензорните данни през интернет или друг бекхол към централен мрежов сървър statetechmagazine.com. Мрежовият сървър удостоверява устройствата, филтрира дублиращи се пакети и маршрутизира данните към съответните приложни сървъри, които използват информацията (например, табло за умен град или приложение за контрол на напояването на фермер). Тази архитектура позволява един шлюз да обслужва хиляди устройства, а множество шлюзове могат да осигурят припокриващо се покритие с вградена излишност iotforall.com. Важно е, че LoRaWAN устройствата не се свързват с един фиксиран шлюз – вместо това, предаването на всяко устройство може да бъде прието от който и да е LoRaWAN шлюз в обхват, което максимизира шансовете за успешно доставяне и позволява покритие на големи площи.

Ниска консумация и голям обхват: Както подсказва името, LoRaWAN е оптимизиран за изключително голям обхват и ниска консумация на енергия. Благодарение на високочувствителните приемници на LoRa, LoRaWAN шлюз може да приема сигнали от сензори на устройства на много километри разстояние – до 2–3 км в гъсто населени градски райони (сгради) и 15 км или повече в открити селски райони statetechmagazine.com , atomsenses.com. При идеални условия Semtech съобщава за LoRa връзки от 30 мили (48 км) пряка видимост в селски условия statetechmagazine.com. Това далеч надвишава обхвата на Wi-Fi или Bluetooth и дори на повечето клетъчни сигнали, позволявайки градско или фермерско покритие само с няколко шлюза. Междувременно, LoRaWAN устройствата използват много малко енергия: те прекарват по-голямата част от времето в сън и се събуждат само за да предадат малки пакети с данни. Типичен LoRaWAN сензор на батерии може да работи 5 до 10 години с една батерия tektelic.com – ключово предимство за приложения като отдалечени полеви сензори или паркинг броячи, където честата смяна на батерии би била непрактична.

Отворен стандарт и сигурност: LoRaWAN е отворен стандарт, поддържан от LoRa Alliance (неправителствена индустриална група с над 500 членуващи компании). Всъщност, LoRaWAN беше официално одобрен като глобален стандарт от Международния съюз по далекосъобщения (ITU) в края на 2021 г. iotforall.com, което подчертава международното му приемане. Протоколът има вградена сигурност чрез end-to-end AES-128 криптиране за всички съобщения, плюс удостоверяване на устройствата за предотвратяване на измами statetechmagazine.com. Той също така поддържа важни IoT изисквания като двупосочна комуникация (така че устройствата могат както да изпращат сензорни данни, така и да получават команди) и услуги за мобилност и локализация на устройства (например проследяване на приблизителното местоположение на активи чрез радиосигнали) statetechmagazine.com. Тези характеристики правят LoRaWAN подходящ за голямо разнообразие от IoT сценарии, като същевременно запазват сигурността на данните.

Нелицензиран спектър: LoRaWAN работи в нелицензирани ISM ленти – същият вид свободен спектър, използван от Wi-Fi или дистанционни управления за гаражни врати – обикновено около суб-GHz честоти, които се разпространяват добре. Обичайните ленти са 868 MHz в Европа, 915 MHz в Северна Америка и подобни диапазони в Азия и другаде statetechmagazine.com. Тъй като е нелицензиран, всеки може да изгради LoRaWAN мрежа без да купува лицензи за спектър. Различните региони имат регулации за предаване (например, Европа налага лимит от 1% работен цикъл на предаванията на устройствата, за да се избегне претоварване). LoRaWAN се адаптира чрез регионални параметри, за да отговаря на местните правила, а LoRa Alliance работи с регулатори за хармонизиране на използването на спектъра – дори разширява LoRaWAN към нови хоризонти като сателитни IoT връзки (използване на сателити като LoRaWAN ретранслатори) чрез координиране на спектъра за нетерестриални мрежи lora-alliance.org.

Как LoRaWAN се сравнява с други IoT технологии

LoRaWAN принадлежи към класа на Low Power Wide Area Networks (LPWANs), наред с алтернативи като Sigfox, NB-IoT/LTE-M (клетъчен IoT) и други. Какво отличава LoRaWAN?

Ултра-дълъг обхват: В сравнение с безжичните технологии с къс обхват (Wi-Fi, Zigbee, Bluetooth), обхватът на LoRaWAN е с порядъци по-голям. Един LoRaWAN шлюз може да покрие цял град или десетки квадратни километри statetechmagazine.com, докато Wi-Fi или Zigbee могат да покрият само сграда или квартал. Дори клетъчният IoT (NB-IoT) обикновено има покритие, ограничено от разположението на клетъчните кули; LoRaWAN позволява на всяка организация да разположи базова станция с дълъг обхват там, където е необходимо. Това го прави идеален за разпръснати внедрявания като ферми и големи градове, където е нужно равномерно покритие, включително подземни или труднодостъпни места, които клетъчните мрежи може да пропуснат iotforall.com. Силното проникване на сигнала на LoRa може да достигне до сензори в мазета, шахти или плътни сгради, с които мрежите с по-висока честота имат затруднения iotforall.com.
Ниска консумация = Дълъг живот на батерията: Устройствата с LoRaWAN са оптимизирани за минимална консумация на енергия. Те предават с ниски битрейтове и през повечето време са в режим на заспиване. Това осигурява живот на батерията до десет години на терен tektelic.com. За сравнение, клетъчните модули (дори NB-IoT) често консумират повече енергия поради мрежовия трафик, а радиата с къс обхват като Wi-Fi са напълно непрактични за многогодишна работа на батерия. Един анализ установява, че сензорите с LoRaWAN предлагат 3 до 7 пъти по-дълъг живот на батерията от сравними LPWAN алтернативи iotforall.com. По-дългият живот на батерията директно води до по-ниски разходи за поддръжка – огромен фактор при мащабиране до хиляди сензори. Както казва един CIO на умен град, „Не искаме това да е нещо лъскаво днес и бреме утре“ по отношение на поддръжката iotforall.com – критерий, при който ниските нужди от поддръжка на LoRaWAN изпъкват.
Рентабилно внедряване: Тъй като LoRaWAN работи в свободен спектър и мрежовата инфраструктура (шлюзове и сървъри) може да бъде собственост и да се управлява от потребителя или трета страна, разходите са изключително гъвкави. Един град или фермер може да внедри собствена частна LoRaWAN мрежа сравнително евтино (устройство шлюз може да струва няколкостотин долара), или да се абонира за някоя от многото обществени LoRaWAN мрежови услуги. Няма нужда от скъп лицензиран спектър или клетъчен абонамент за всяко устройство. В сравнение с клетъчния IoT, LoRaWAN предлага „гъвкаво, нискобюджетно изграждане на мрежи“ и свободата да се изграждат частни, обществени или хибридни мрежи според нуждите iotevolutionworld.com, iotforall.com. Всъщност, LoRaWAN поддържа роуминг и взаимосвързаност между мрежи, така че устройствата могат да се движат между частно и обществено покритие безпроблемно iotforall.com. Тази гъвкавост насърчава конкуренцията и иновациите – както отбелязва LoRa Alliance, отвореният стандарт е създал голяма екосистема от доставчици и помага на градовете да избегнат зависимост от един доставчик iotforall.com.
Скорости на предаване на данни спрямо алтернативи: Компромисът на LoRaWAN за голям обхват е ниска пропускателна способност – обикновено само 0.3 kbps до около 50 kbps в зависимост от радио настройките (spreading factor). Тя е създадена за малки, нечасти пакети данни като сензорни показания, не за стрийминг на видео или високоскоростни данни. Това е подобно на Sigfox и NB-IoT по отношение на пропускателната способност. Въпреки това, LoRaWAN поддържа адаптивни скорости на предаване на данни и дори предлага известна възможност за определяне на местоположение без GPS (чрез измерване на времето на сигнала през няколко шлюза). Технологии като Sigfox са ултра-теснолентови и строго ограничени в броя на съобщенията, докато LoRaWAN позволява по-гъвкаво разписание на съобщенията и по-големи размери на полезния товар. В сравнение с 5G или Wi-Fi, LoRaWAN не се конкурира по скорост – тя печели по обхват, енергийна ефективност и простота за IoT задачи.

В обобщение, LoRaWAN често е правилният инструмент за масивни сензорни мрежи, които трябва да покриват големи площи евтино и с минимална консумация на енергия. „LoRaWAN има множество предимства пред конкурентни IoT технологии като клетъчни, Wi-Fi и Bluetooth“, отбелязва един IoT анализатор, като посочва големия обхват, енергийна ефективност, ниска цена и сигурност iotevolutionworld.com. Това не е заместител на мрежи с висока пропускателна способност, но за свързване на хиляди разпределени устройства – сензори за умни градове, измервателни уреди, тракери, агромонитори – LoRaWAN попада в златната среда, която малко други технологии постигат.

Приложения за умни градове: LoRaWAN в градския живот

В съвременните умни градове, LoRaWAN се превърна в предпочитано решение за свързване на градската инфраструктура и услуги. Способността му да покрива цели общини с минимално оборудване и бюджет го прави идеален за местните власти, които се стремят да извлекат повече от данните. Доклад на Beecham Research от 2024 г. посочва LoRaWAN като „икономически ефективна, мащабируема и устойчива свързаност“ за умните градове, като адресира предизвикателства като замърсяване, задръствания, управление на отпадъците и енергийна ефективност telconews.in. Нека разгледаме как LoRaWAN позволява тези приложения:

Умно улично осветление: Градове по целия свят преминават към интелигентни улични лампи, които се адаптират към условията – намаляват светлината при слаб трафик, докладват повреди и пестят енергия. LoRaWAN е отличен избор за управление на хиляди улични лампи, разпръснати из града. Например, Монтевидео, Уругвай внедрява един от най-големите в света LoRaWAN проекти за умно улично осветление, свързвайки 70 000 лампи на площ от 200 км² actility.com. В Монтевидео LoRaWAN е избран заради ниската обща цена, сигурното покритие и дългия живот на батериите на контролерите actility.com. Новите лампи се очаква да намалят енергопотреблението с до 80% и да създадат градска LoRaWAN мрежа, която може да се разшири и за други услуги actility.com actility.com. В Индия и Близкия изток Tata Communications по подобен начин е свързала стотици хиляди улични лампи чрез LoRaWAN в последните инициативи за умни градове talkingiot.io. Използвайки безжична връзка с голям обхват, градовете избягват нуждата да окабеляват всяка лампа или да разчитат на клетъчна връзка – няколко гейтуея на кули или сгради могат да управляват цял метрополис от лампи. Ползата е огромни енергийни спестявания (един доклад изчислява, че умното улично осветление може да спести на градовете глобално 15 милиарда долара от комунални услуги чрез замяна на постоянно светещо осветление iotforall.com) и проактивна поддръжка, тъй като всяка лампа може да докладва дали работи или ако крушката е изгоряла.
Интелигентно управление на отпадъците: Тези обществени кофи за боклук и контейнери, които виждате в градовете, също могат да станат по-умни с LoRaWAN. Безжични сензори за ниво на запълване могат да уведомяват градските служби за отпадъци, когато кофите са почти пълни, така че камионите за боклук да оптимизират маршрутите си и да избягват препълнени кофи. Това е изпробвано успешно на места като Нидерландия – в холандските градове „умните кофи“ с LoRaWAN сензори сигнализират, когато имат нужда от събиране, което позволява на камионите за отпадъци да пропускат полупразни кофи и да намалят ненужните курсове actility.com. Резултатът са по-ниски разходи за гориво, по-малко трафик и замърсяване от камионите за боклук и по-чисти улици. Дори големи компании за управление на отпадъци възприемат IoT: например Suez използва LPWAN тракери на контейнери и камиони за отпадъци, за да получава данни в реално време за обемите на събраните отпадъци actility.com. С дългобойно покритие дори подземни контейнери или такива в паркове могат да бъдат достигнати без инсталиране на локален Wi-Fi. Някои общини са отишли още по-далеч, като са инсталирали домашни умни кофи, които теглят отпадъците и отчитат участието в рециклирането – LoRaWAN може да свърже тези кофи в различни квартали, за да позволи „плащане според изхвърленото“ или програми за стимулиране actility.comactility.com. Всичко това води до по-чисти и по-ефективни градове.
Управление на трафика и паркирането: Градските задръствания и недостигът на паркоместа са проблеми, които IoT може да помогне да се облекчат. LoRaWAN сензори се вграждат в паркоместа, за да засичат дали дадено място е свободно или заето, като предават тази информация към приложения, които насочват шофьорите към свободни паркоместа. Градове като Лос Анджелис и Париж са изпробвали такива системи (някои използват LoRaWAN, други – алтернативни LPWAN мрежи). Инициативата Cisco Smart Cities отбелязва, че LoRaWAN е идеален за паркинг сензори и дори за проследяване на общински превозни средства или активи на терен statetechmagazine.com. В един американски град (Опелика, Алабама) властите използват LoRaWAN, за да покрият площ от 52 квадратни мили и да свържат различни сензори – включително детектори по железопътните линии, които следят за опасни газови течове близо до натоварена железопътна линия statetechmagazine.com. С едва 7 LoRaWAN антени Опелика покрива целия град, нещо, което би изисквало „стотици Wi-Fi точки за достъп“, ако се използва технология с по-къс обхват statetechmagazine.com. За светофарите LoRaWAN може да се използва за наблюдение на контролни кутии или дори за безжична синхронизация на светлините. Град Калгари в Канада инсталира LoRa-базирани сензори за мониторинг на трафика и шума в популярни развлекателни квартали, за да управлява по-добре задръстванията и оплакванията от шум tektelic.com. Всички тези примери показват как нискобюджетна мрежа с голям обхват може да подобри градската мобилност и да намали задръстванията чрез събиране на данни в реално време от цялата транспортна мрежа.
Мониторинг на околната среда и устойчивост към климатични промени: Много градове вече внедряват мрежи от сензори за околната среда – измерващи качеството на въздуха (нивa на замърсяване), качеството на водата в реките, нивата на шум, температура, влажност, дори радиация или мониторинг на наводнения. LoRaWAN често се използва за тези приложения, тъй като сензорите могат да бъдат поставени навсякъде из градския пейзаж – на покриви, улични стълбове, канализации, паркове – и все пак да докладват към централна система. Например, базирани на LoRa системи за мониторинг на замърсяването на въздуха са внедрени за проследяване на качеството на въздуха в реално време в градска среда tektelic.com. Сензорите за наводнения и дъждомерите в системите за предупреждение за наводнения в умните градове също често използват LoRaWAN, тъй като може да са разположени в отдалечени корита на потоци или разпръснати по водните пътища, но трябва да изпращат навременни сигнали до градските аварийни служби. Отвореният протокол LoRaWAN дори поддържа GPS тракери с ниска консумация на енергия, които градовете използват за проследяване на активи (напр. следене на обществени велосипеди или мониторинг на движението на градски диви животни или домашни любимци) statetechmagazine.com. Тъй като LoRaWAN може да геолокира устройства чрез радио сигнал, е възможно да се проследяват обекти без всяко устройство да има нужда от енергоемък GPS чип – мрежата може да определи приблизителното местоположение на устройството чрез сравняване на времето на сигнала на няколко гейтуея. Тази техника се използва за проследяване на градска инфраструктура и дори за умни нашийници за домашни любимци или градски животни statetechmagazine.com.
Умно отчитане на комунални услуги: Значимо приложение на LoRaWAN за умни градове е свързването на измервателни уреди за комунални услуги – за вода, газ и електричество. Доставчиците на комунални услуги в много страни добавят IoT свързаност към уредите, за да позволят автоматизирано отчитане и по-добро управление на търсенето. LoRaWAN, като „сигурна, операторски клас“ опция за свързаност lora-alliance.org, е избрана от редица доставчици на комунални услуги за мащабни внедрявания. Например, градове във Франция и Германия са внедрили десетки хиляди LoRaWAN водомери, които отчитат потреблението на всеки час, позволявайки по-бързо откриване на течове и по-точно фактуриране. Обществената комунална компания на Хамбург, Германия (Stromnetz Hamburg), изгради градска LoRaWAN мрежа основно за субметиране и умно енергийно управление в сгради resources.lora-alliance.org. Тъй като LoRa сигналите могат да достигнат уреди в мазета или подземни шахти, те са много подходящи за инфраструктурата на комуналните услуги. Една LoRaWAN базова станция може да събира данни от хиляди водомери в един район, като драстично намалява разходите за отчитане. Като допълнителен бонус, след като мрежата е изградена за отчитане, тя може да се използва повторно за други градски сензори с минимални разходи – изграждайки цялостна мрежа за умен град. Това „използване на съществуваща LoRaWAN инфраструктура за множество цели“ е честа практика в градовете: например, мрежата за улично осветление на Монтевидео е била изрично планирана като многофункционална инфраструктура, която може да поддържа отпадъци, вода и други приложения за умен град чрез същите LoRaWAN шлюзове actility.com.

Тези примери едва докосват повърхността. От обществена безопасност (свързване на пожарни хидранти и аларми) до умни сгради (мониторинг на ОВК и заетост) до системи за предупреждение при бедствия (сензори за земетресения или свлачища), LoRaWAN се е доказала като гъвкава „нервна система“ за умен град. „LoRa устройствата и отвореният LoRaWAN протокол позволяват умни IoT приложения, които решават някои от най-големите предизвикателства пред нашата планета: управление на енергията, намаляване на природните ресурси, контрол на замърсяването, ефективност на инфраструктурата, предотвратяване на бедствия и други“, отбелязва Semtech, разработчикът на LoRa statetechmagazine.com. По същество, LoRaWAN дава на градовете практичен начин да събират данни навсякъде – превръщайки уличните лампи, автобусите, контейнерите за боклук и канализацията в източници на информация – без да се надвишава бюджетът или да се променя съществуващата инфраструктура.

„Нарастващото търсене на smart city решения се движи от урбанизацията и необходимостта от устойчиво развитие… Тъй като градовете се сблъскват с предизвикателства като замърсяване, трафик, управление на отпадъците и енергийна ефективност, внедряването на IoT технологии, задвижвани от LoRaWAN, може да улесни по-доброто управление на ресурсите и да повиши качеството на живот на жителите.“ – Алпер Йегин, CEO на LoRa Alliance (2024) telconews.inУмно земеделие: LoRaWAN във ферматаДалеч от градската джунгла, LoRaWAN също предизвиква вълни в селскостопанския сектор, въвеждайки ерата на „умното земеделие“ или прецизното земеделие. Фермите и ранчотата често обхващат обширни, отдалечени райони, където свързаността е оскъдна, а полагането на електрически или интернет кабели е невъзможно. Безжичната технология с голям обхват и енергийно ефективният дизайн на LoRaWAN са идеалното решение за свързване на ниви, оранжерии и пасища с дигиталния свят. Както казва един експерт по IoT в земеделието, „IoT ще изведе бъдещето на земеделието на следващо ниво“ и LoRaWAN е ключов фактор за тази революция actility.com. Ето някои начини, по които LoRaWAN се използва във фермите:Мониторинг на почвата и културите: Може би най-значимото приложение е използването на сензори за влажност на почвата и климатични сензори по нивите за оптимизиране на напояването и здравето на културите. Чрез поставяне на малки LoRaWAN-свързани сонди в почвата, фермерите могат да получават данни в реално време за влажността на различни дълбочини, температурата на почвата и дори нивата на хранителни вещества. Тези данни се изпращат към табло, откъдето могат да се управляват напоителните системи. Например, производителите могат да видят кои части от нивата са сухи и да поливат само там, където е необходимо, спестявайки огромни количества вода и енергия. В Австралия, фермери на големи площи използват LoRaWAN сензори за влажност на почвата и метеорологични сензори, за да повишат ефективността на водата и добивите atomsenses.com. Винарни в Европа и Близкия изток са инсталирали LoRaWAN сензорни мрежи, за да улавят микроклимата в различни блокове лозя – данни като влажност, мокрост на листата и температура – за по-добро напояване и дори за прогнозиране на болести. В Château Kefraya в Ливан, обширна винарна си партнира с технологични компании за внедряване на LoRaWAN сензори по лозята и почвата, автоматизирайки събирането на данни, което преди е било ръчно и трудоемко actility.com. Винарите съобщават, че този IoT подход е помогнал за подобряване на качеството на гроздето и е информирал решения като кога и колко да се напоява, което води до по-добро производство на вино при по-ниска цена actility.com.
Смарт напоителни системи: Свързано с мониторинга на почвата е автоматизираното управление на напояването чрез LoRaWAN. Смарт контролерите за напояване могат да получават данни от LoRaWAN почвени сензори и след това да отварят или затварят клапани според нуждите (или да изпращат известия до телефоните на фермерите). В пилотен проект в маслинова горичка в Европа, напоителна платформа, базирана на LoRaWAN, показа значително намаляване на използваната вода при запазване на добива sciencedirect.com. Дългият обхват на LoRaWAN е особено полезен тук, тъй като един гейтуей, монтиран на силоз във фермата, може да комуникира с почвени сензори, разположени на стотици хектари. Компаниите вече предлагат задвижващи механизми за клапани с LoRaWAN и контролери за помпи, които позволяват на фермерите дистанционно да управляват графиците за поливане. Това е изключително полезно за региони с недостиг на вода – като се полива само когато и където е необходимо, земеделието става по-устойчиво. В казус от Азия за отглеждане на ориз по метода на заливане и изсушаване, LoRaWAN сензори бяха използвани за прилагане на алтернативно заливане и изсушаване (AWD), водоспестяваща практика, и бе постигнато по-ниско водопотребление и дори намалени емисии на метан от оризищата resources.lora-alliance.org. Ниската цена на LoRaWAN сензорите прави възможно оборудването дори на големи, нискомаржинови ферми с десетки сензори и задвижващи механизми – нещо, което би било твърде скъпо с клетъчни устройства.
Проследяване и здраве на животни: Фермерите започват да използват LoRaWAN, за да следят стадата си. Традиционното животновъдство често изисква да се обикалят отдалечени пасища, за да се намерят и проверят животните – но сега смарт ушни етикети и нашийници могат да предават GPS местоположението и дори биометрични данни на животното чрез LoRaWAN. В Нидерландия млечни ферми използват LoRaWAN нашийници за наблюдение на местоположението и активността на всяка крава, което помага на фермерите да откриват здравословни проблеми (например ако крава се движи по-малко поради болест) и да управляват пашата по-ефективно atomsenses.com. Тъй като LoRa сигналите могат да покрият цялото ранчо от една антена на хълм, кравите могат да се движат свободно и все пак да останат свързани. В Австралия и САЩ няколко стартиращи компании предлагат LoRa-базирани системи за проследяване на добитък, при които соларно захранвани LoRaWAN гейтуеи на фермата препращат позициите на стотици маркирани животни към облачна платформа. Това не само спестява време (няма нужда от часове търсене на изгубени животни), но и подобрява благосъстоянието на животните – фермерите получават известия, ако животно не се е движило (възможна травма) или е напуснало определена зона. Дългият обхват на LoRaWAN дори в хълмист или залесен терен е голямо предимство за проследяване на животни в отдалечени пасища с лошо клетъчно покритие. А етикетите могат да имат многогодишен живот на батерията, за разлика от GPS нашийниците, които може да се нуждаят от зареждане всяка седмица. Освен за едър добитък, LoRaWAN се използва и в птицевъдството и свиневъдството за мониторинг на условията в обора: сензорите измерват температура, влажност, амоняк и нива на фураж в реално време, като алармират фермерите за проблеми в кокошарниците или свинарниците за по-добро здраве и продуктивност на животните resources.lora-alliance.org.
Климатични и метеорологични станции: Фермите са много чувствителни към времето. LoRaWAN поддържа разнообразие от метеорологични станции и сензори за микроклимат, които могат да бъдат разпръснати из земеделските площи, за да предоставят хиперлокални данни. Тези станции могат да измерват валежи, скорост на вятъра, слънчева радиация и други показатели и да докладват безжично. Например, цитрусова ферма може да има LoRaWAN сензори за слана, които изпращат сигнали, когато температурата в градината наближи нулата, за да може фермерът да активира мерки за защита от слана. Като имат собствена мрежа от LoRa метеорологични сензори, фермерите не разчитат само на отдалечени държавни метеорологични данни – те получават информация за условията директно на своите полета, което позволява по-прецизни решения за сеитба, жътва или пръскане. Интеграция на LoRaWAN с метеорологични данни може също да подава информация към автоматизирани системи; например, ако се засекат силни ветрове, разполагането на дронове може да се отложи, или ако се усети силен дъжд, графиците за напояване могат да се коригират. Тъй като LoRaWAN може да покрие цялото стопанство, добавянето на още метеорологични сензори е лесно и без абонаментни такси. Това демократизира данните, които преди са били скъпи за събиране.
Мониторинг на активи и оборудване: Съвременните ферми имат много движещи се части – трактори, машини, резервоари за гориво, силози, хладилни складове и др. LoRaWAN се използва за проследяване на земеделска техника (чрез GPS устройства на трактори или комбайни) и за мониторинг на състоянието на фермени активи. Например, сензори на резервоари за гориво могат да докладват нивата на гориво, така че доставките да се правят навреме. Силози за зърно, оборудвани с LoRaWAN сензори за ниво, позволяват на фермерите дистанционно да виждат колко зърно е складирано и дали условията (температура/влажност) са безопасни за предотвратяване на разваляне resources.lora-alliance.org. Има дори LoRaWAN монитори за кошери, които следят условията в кошерите за подобряване на управлението на опрашването resources.lora-alliance.org. Основна полза в земеделието е спестяване на труд – преди няколко десетилетия много от информацията за стопанството се получаваше чрез физическа инспекция на полетата или ръчно записване на данни. Сега мрежа от LoRaWAN сензори може да автоматизира това събиране на данни. Фермерите могат да вземат решения, базирани на данни от своя таблет или телефон, като насочват ограничената си работна ръка към най-нуждаещите се области. В резултат на това фермите, използващи LoRaWAN, отчитат по-високи добиви, намалени разходи и по-ефективни операции atomsenses.com.
„Бях изненадан колко много IoT – особено LoRaWAN – помогна на инженерите по лозарство да подобрят качеството на виното и съответно производството на вино. IoT ще изведе бъдещето на земеделието и фермерството на следващо ниво.“ – Maher Choufani, IoT проектен мениджър в умна лозова инсталация в Ливан actility.com actility.com
Възходът на LoRaWAN в земеделието е част от по-широка тенденция към прецизно земеделие, при която всяка капка вода и всяко растение се измерват с цел оптимизиране на растежа и устойчивостта. Способността на LoRaWAN да свързва най-отдалечените кътчета на една ферма, с устройства, които издържат сезони на батерия, отваря вратата към земеделие, базирано на данни в голям мащаб. От малки семейни ферми до големи индустриални производители, мнозина вече пилотират или внедряват LoRaWAN системи – често с подкрепата на държавни грантове за умно земеделие или инициативи на хранителни производители за подобряване на ефективността на веригата за доставки. Технологията доказва своята стойност чрез увеличаване на добивите, намаляване на отпадъците (вода, торове, гориво) и осигуряване на спокойствие на фермерите, които могат „да видят“ цялата си операция с един поглед. Накратко, LoRaWAN помага да се премахне част от вековната несигурност в земеделието и я заменя с точни данни, достъпни навсякъде чрез облака.
Глобално приемане, индустриални играчи и политически тенденции
Импулсът на LoRaWAN не се ограничава само до няколко технологично напреднали града или ферми – тя се превърна в глобален IoT феномен с широка екосистема от компании и публични инициативи зад себе си. Към 2024 г. LoRa Alliance съобщава за LoRaWAN мрежи в над 170 държави, включително внедрявания от над 170 големи телекомуникационни оператори, както и безброй частни мрежи lora-alliance.org. Този раздел подчертава основните играчи, които движат LoRaWAN напред, и регулаторната/политическата среда, която оформя използването ѝ.
Индустриален алианс и водещи компании: LoRa Alliance (основан през 2015 г.) играе централна роля в координирането на стандарта и екосистемата. Включва стотици членове – от производители на чипове и устройства до оператори на мрежи и облачни платформи. Semtech Corporation, която разработи LoRa радио технологията, е ключов основател, но много други също се присъединиха. Забележителни компании в екосистемата на LoRaWAN са:
Semtech: Производител на LoRa чипове и радиа, вградени в сензори и шлюзове. По същество пазител на LoRa технологията (въпреки че вече я лицензира на други производители на чипове), Semtech е шампион на LoRaWAN за IoT свързаност. Техните чипове се използват във всичко – от умни капани за мишки до индустриални измервателни уреди.
Оператори на мрежи: Редица специализирани IoT оператори са изградили LoRaWAN мрежи. Например, Senet в САЩ управлява една от най-големите публични LoRaWAN мрежи, обхващаща над 1 300 града и 55 милиона души в 29 щата iotevolutionworld.com. Everynet е друг такъв оператор, който управлява LoRaWAN мрежи от операторски клас в Европа, Азия и Америка (мрежата на Everynet обхваща десетки държави; наскоро беше придобита от шведската Netmore за създаване на глобален LoRaWAN оператор в 17 държави rcrwireless.com). Традиционните телекомуникационни компании също възприеха LoRaWAN: например, Orange и Bouygues Telecom във Франция бяха сред първите, които внедриха национални LoRaWAN мрежи около 2016 г.; Tata Communications в Индия изгради мащабна LoRaWAN мрежа, обхващаща стотици градове като част от инициативата Smart City Mission на Индия tatacommunications.com. SK Telecom и KT в Южна Корея, Swisscom в Швейцария, KPN в Нидерландия и MachineQ на Comcast в САЩ са други примери за големи оператори, които стартираха LoRaWAN услуги. Днес има десетки публични LoRaWAN оператори; всъщност, LoRa Alliance отчете 166 LoRaWAN оператори на мрежи в световен мащаб към края на 2024 г. iotforall.com.
Обществени мрежи: LoRaWAN има и своята основаваща се на общността страна. The Things Network (TTN) е глобална мрежа, управлявана от общността, където доброволци инсталират гейтуеи и споделят покритие безплатно. TTN започва в Амстердам и се разпространява по целия свят, показвайки силата на отворената общностна IoT. Друг пример, който привлече вниманието, е Helium, „Мрежата на хората“, която използва крипто-стимулиран подход: отделни лица хостват LoRaWAN хотспотове и печелят криптовалута, когато техният гейтуей пренася трафик на устройства. В пика си през 2021 г. Helium отбелязва експлозивен ръст – от 7 000 до над 175 000 хотспота в 123 държави за около година iotevolutionworld.com – превръщайки я в една от най-големите LoRaWAN мрежи по покритие. (Оттогава Helium промени фокуса си и се интегрира с други мрежи като Senet iotevolutionworld.com, но показа нов децентрализиран модел за изграждане на мрежи.) Тези обществени мрежи допълват търговските внедрявания и често запълват пропуски в покритието, като насърчават иновациите, позволявайки на всеки да експериментира с IoT на ниска цена.
Доставчици на решения и интегратори: Съществува процъфтяващ пазар на компании, които предоставят цялостни LoRaWAN решения за специфични вертикали. Например, Actility (Франция) предлага платформата ThingPark – LoRaWAN мрежов сървър и решение за управление – и работи с оператори и предприятия по целия свят. Actility е реализирала проекти като осветлението в Монтевидео и национални мрежи в Австралия actility.com. TeKTELIC (Канада) е водещ производител на LoRaWAN базови станции и сензори, често използвани в комунални и градски проекти. MultiTech, Kerlink, Laird Connectivity и Cisco също произвеждат LoRaWAN gateway хардуер. От страна на устройствата, множество компании като Decentlab, Dragino, Digital Matter, Microchip, Murata (и много други) проектират LoRaWAN сензори, модули и тракери за различни нужди. Дори големи марки са крайни потребители на LoRaWAN: логистични компании използват LoRaWAN за проследяване на активи във веригите за доставки, петролни и газови фирми го използват за мониторинг на тръбопроводи и резервоари, а търговски/хранителни вериги са възприели LoRaWAN за мониторинг на обекти. През 2024 г. LoRa Alliance отбеляза, че компании като Starbucks, Volvo, Chevron, Chick-fil-A и Logitech всички използват LoRaWAN в своите операции lora-alliance.org – доказателство за това колко масова е станала технологията за корпоративния IoT.
Инициативи за публична инфраструктура: Правителства и публични агенции също подкрепят LoRaWAN по различни начини. Европейският съюз е подкрепил IoT тестови платформи и програми за финансиране, които включват LoRaWAN внедрявания за умни градове и земеделие в държавите членки. Например, няколко европейски изследователски проекта са демонстрирали LoRaWAN за мониторинг на околната среда в селски райони (наблюдение на гори, биоразнообразие и др.). В Индия правителствената инициатива Smart Cities Mission насърчава градовете да използват IoT за подобряване на градската среда; националната LoRaWAN мрежа на Tata Communications е частично съобразена с тази мисия и днес свързва множество градски проекти – от улично осветление до умно паркиране telconews.in. В Китай LoRaWAN се използва в мрежи на градско ниво (макар че държавно подкрепяната NB-IoT е по-доминираща там, някои китайски градове все пак внедряват LoRaWAN за специфични частни случаи като индустриални паркове или кампус мрежи). Австралия и Нова Зеландия имат държавно финансирани земеделски IoT зони, където LoRaWAN помага на фермерите да изпробват нови технологии. А в Съединените щати, макар да няма федерална LoRaWAN мрежа, градски правителства като Лос Анджелис, Чикаго и Ню Йорк са провеждали пилотни програми с LoRaWAN за неща като сензори за наводнения и управление на отпадъци, често в партньорство със стартъпи. Относителната достъпност на LoRaWAN го прави привлекателен за публичния IoT сектор: един град може да изгради специална IoT мрежа за част от цената на еквивалентна клетъчна или кабелна свързаност.
Една забележителна тенденция в политиките е стремежът към интероперативност и съвместимост на IoT мрежите. Историята на LoRaWAN и някогашния ѝ конкурент Sigfox е показателна. Sigfox (проприетарна LPWAN, използваща ултра-тяснолентова технология) някога беше паралелна екосистема, но след финансови затруднения операторите на Sigfox (сега под компания, наречена UnaBiz) всъщност се присъединиха към LoRa Alliance през 2023 г. и започнаха да работят по свързването на т.нар. “0G” технология на Sigfox с LoRaWAN мрежи rcrwireless.com. Всъщност UnaBiz и партньори интегрират Sigfox протоколи върху LoRa чипове и комбинират покритието на LoRaWAN и Sigfox в обединени предложения actility.com. Това показва консолидация в LPWAN пространството: LoRaWAN на практика се превърна в де факто стандарт за нелицензирана LPWAN, а дори и бивши конкуренти се ориентират към него. Междувременно, при лицензираните честоти, мобилните оператори продължават да популяризират NB-IoT и LTE-M за IoT. Въпреки това, вместо избор между едното или другото, мнозина виждат допълващо бъдеще – LoRaWAN за определени случаи на употреба и частни мрежи, клетъчен IoT за други. Забележително е, че LoRaWAN е напред в интеграцията със сателитни IoT услуги: до 2024 г. поне три компании (като Lacuna Space и Wyld Networks) предоставяха LoRaWAN-сателитна свързаност, ефективно превръщайки сателитите в орбитални LoRaWAN шлюзове за достигане на отдалечени райони lora-alliance.org. Регулаторите (чрез органи като ITU и националните телекомуникационни агенции) работят по разпределяне на честоти за тези сателитни IoT връзки, така че LoRa устройство да може безпроблемно да се свърже чрез сателит, когато е извън обхвата на наземната мрежа lora-alliance.org. Това не-наземно разширение може значително да подобри покритието за морски, диви и аварийни ситуации – и LoRaWAN е начело в това спрямо другите LPWAN технологии.
По отношение на политиката за спектъра, тъй като LoRaWAN използва споделени честотни ленти, акцентът е върху справедливото използване и управлението на смущенията. Самият протокол LoRaWAN е проектиран да бъде “възпитан” в спектъра: използва адаптивни скорости на предаване, за да минимизира времето във въздуха, а в региони като Европа спазва ограниченията за работен цикъл. В САЩ следва правилата на FCC за устройства с честотно прескачане. До момента няма сериозни регулаторни пречки за LoRaWAN – дори напротив, регулаторите оценяват, че той стимулира иновациите в IoT без нужда от нови честотни разпределения. Продължаващият растеж може да доведе до по-формализирани насоки, но LoRa Alliance има Регулаторна работна група, която именно комуникира с регулаторите и осигурява съответствие и хармонизация на спектъра lora-alliance.org.
Експертни мнения и бъдещи перспективи
Докато навлизаме в 2025 г. и след това, консенсусът в индустрията е, че LoRaWAN ще продължи да играе ключова роля в мащабирането на Интернет на нещата. Годината 2024 беше описана като „преломна година за дигиталната трансформация и широкото приемане на IoT“ от изпълнителния директор на LoRa Alliance Алпер Йегин lora-alliance.org, а растежът на LoRaWAN го отразява. Членовете на Алианса отчетоха двуцифрени темпове на растеж при внедряванията; например, Actility увеличи управляваните си устройства с 50% до 4 милиона, The Things Industries достигна 2,7 милиона устройства (също 50% годишен ръст), а Zenner (фирма за интелигентно отчитане) надхвърли 9 милиона внедрени LoRa устройства lora-alliance.org. Тези числа сигнализират за здрава и разрастваща се екосистема.
Анализаторите виждат LoRaWAN като добре позициониран за бъдещето на IoT. Прогнозата на Omdia за над 3,5 милиарда LPWAN връзки до 2030 г. lora-alliance.org подчертава огромния мащаб на очакваното приемане на IoT, а LoRaWAN е определен като водещ двигател на този растеж. „LoRaWAN се превръща в съществен компонент в еволюцията на по-умни градски среди,“ отбелязва Робин Дюк-Уули, ръководител на Beecham Research, като добавя, че LoRaWAN вече се използва в все по-широк спектър от градски приложения във всички региони telconews.in. С други думи, това не е нишова технология – тя е широко приложима, от европейските столици до градове в развиващия се свят, от високотехнологични фабрики до обикновени семейни ферми.
Една от причините експертите да са оптимисти е гъвкавостта и общността на LoRaWAN. Рядко се вижда технология, която едновременно е готова за предприятия (с оператори и компании от Fortune 500, които я внедряват) и е на ниво общност (с ентусиасти и стартиращи компании, които я използват). Това разнообразие подхранва иновациите. Самият стандарт се развива: предстоящи подобрения ще улеснят въвеждането на устройства (правейки го възможно най-близко до plug-and-play), ще позволят обновяване на фърмуера по въздуха (което е критично, тъй като IoT устройствата остаряват), и ще интегрират повече с IoT платформи за данни. LoRa Alliance също работи по спецификации за IPv6 през LoRaWAN и други рамки за оперативна съвместимост, за да гарантира, че LoRaWAN мрежите могат лесно да се свързват с по-широкия интернет.
От технологична гледна точка, можем да очакваме LoRaWAN да бъде допълнена от edge computing и изкуствен интелект през следващите години. Например, един умен град може да използва AI алгоритъм на сървъра на мрежата, за да открива аномалии в данните от сензорите (като внезапен скок в потока на водата, показващ спукване на тръба) и автоматично да изпраща сигнали. LoRaWAN осигурява потока от данни и покритието; интелигентният слой може да бъде надграден отгоре. По подобен начин в земеделието машинното обучение може да анализира LoRa сензорни потоци, за да предвижда болести по културите или да оптимизира графиците за торене. Свързаността е просто средство – истинското въздействие идва от прозренията и действията върху тези данни.
Друга тенденция е хибридното мрежово свързване. LoRaWAN не съществува изолирано; има сценарии, в които LoRaWAN мрежа може да се свърже с бекенда на 5G мрежа (например, използвайки 5G за бекхол между гейтуеите и облака), или където устройствата могат да използват LoRaWAN за основна свързаност, но да преминат към клетъчна мрежа при нужда. Стандартизиращите организации работят по конвергенция, така че различните IoT мрежи да могат да си взаимодействат. Фактът, че LoRaWAN е отворен стандарт, улеснява интеграцията с облачни платформи (AWS IoT, Azure IoT и др. поддържат LoRaWAN чрез партньори) и дори с други протоколи (виждаме компании, които предлагат комбинирани LoRaWAN + BLE или LoRaWAN + Wi-Fi решения, всяко използвано за това, в което е най-добро).
По отношение на политиките, една област, която трябва да се следи, е как регулаторите ще третират наплива от IoT устройства. Сигурността е голям проблем – наличието на милиарди свързани сензори означава повърхности за атаки, ако не се управляват добре. Силното криптиране и процесът на въвеждане на LoRaWAN са добър старт, но заинтересованите страни вероятно ще настояват за още по-устойчиви рамки за сигурност (споменаването от Алианса на „PKI за опростено въвеждане на устройства“ подсказва за стъпки към по-сигурни и лесни за използване IoT внедрявания lora-alliance.org). Освен това устойчивостта може да стане тема на разговор: IoT може да спести енергия (като намалена употреба на улично осветление и прецизно напояване), но също така води до много устройства в околната среда. За щастие, LoRaWAN устройствата, като удължават живота на батериите до години и позволяват по-добро управление на водата, допринасят положително за екологичните цели. С разрастването на IoT очаквайте повече дискусии за електронните отпадъци и рециклирането на батерии – области, в които устройствата с дълъг живот имат предимство.
В заключение, досегашната история на LoRaWAN е история на прагматичен успех: тя откри празнина (дългобойна, енергийно ефективна свързаност) и я запълни по-добре от всеки друг, благодарение на сътрудничество и откритост. Градовете, които внедряват LoRaWAN, отчитат осезаеми подобрения в услугите и ефективността – от Барселона до Мумбай, реалните внедрявания намаляват разходите и подобряват качеството на живот. Земеделци от Калифорния до Куинсланд постигат по-високи добиви и спокойствие, като оборудват нивите и стадата си с LoRaWAN сензори. А това вероятно е само началото. Както обобщава един доклад за умни градове от 2024 г., „потенциалът е много голям“ за LoRaWAN в градските иновации telconews.in. Също така, потенциалът е голям и в селските и индустриалните области. Със своята жизнена екосистема и ускорено приемане, LoRaWAN е на път да остане гръбнакът на IoT революцията – тихо свързвайки устройствата по света, пакет по пакет на дълги разстояния.
Източници:
LoRa Alliance – „LoRaWAN Expanded Market Leadership” (2024 End of Year Report) lora-alliance.org
TelcoNews (TechDay) – „Докладът за LoRaWAN подчертава ползите от технологиите за умни градове“ (ноем. 2024) telconews.in
StateTech Magazine – „LoRa и LoRaWAN: Как технологията помага на умните градове“ (ян. 2020) statetechmagazine.com
IoT For All (LoRa Alliance) – „Защо LoRaWAN е правилният избор за умни градове“ (дек. 2024) iotforall.com
Actility Blog – „Уругвай ще внедри един от най-големите LoRaWAN проекти за умно улично осветление“ (февр. 2022) actility.com
Actility Blog – „В ливанска винарна LoRaWAN прави виното по-добро“ (2018) actility.com
Блог на Tektelic – „Как LoRaWAN трансформира градовете“ (2021, обновено 2024) tektelic.com
Блог на Tektelic – „Как LoRaWAN може да спести пари на фермерите и да увеличи добивите“ (2021, обновено 2024) tektelic.com
Блог на Atomsenses – „Как LoRaWAN трансформира земеделието“ (юли 2024) atomsenses.com
IoT Evolution World – „Партньорството между Senet и Helium разширява достъпа до LoRaWAN“ (септ. 2021) iotevolutionworld.com
Smart city solutions with LoRaWAN - Meshed IoT
Watch this video on YouTube.