LoRaWAN在老式建筑和传统环境中的优势分析
随着工业物联网 （iiot） 的不断扩张，用于连接不同系统的网络技术类型也在不断增加。对于有线网络，以太网（及其工业以太网变体）是最常见的接口，因为它用途广泛，可以运行多种不同的协议。在无线高速数据方面，wi-fi 已经成为快速可靠的联网标准，而蓝牙则用于一些传感器并用来配置设备。
不过，蓝牙的工作段频为 2.45 ghz，而 wi-fi 的工作频段为 2.45 ghz 和 5 ghz。因此，与在 sub-ghz 频段工作的 lorawan 等无线电相比，传统建筑中使用的厚墙会大幅降低 wi-fi 和蓝牙的传输距离。这会损害传感器的连接性，从而增加成本，因为需要在整个设施中部署更多的接入点或汇聚点，才能防止设备丢失无线连接。
本文说明了为什么有必要在已经具有 wi-fi 和蓝牙的工业自动化设施中添加 lorawan 传感器连接。文中将探讨 lorawan 在老式建筑和传统环境中的优势，而为实现工业自动化和方便楼宇管理，这些环境必须进行改造。然后，本文还将介绍来自 multi-tech systems 的两款 lorawan 网关，这些网关可以轻松管理 wi-fi 数据网络、lorawan 传感器连接和蓝牙连接，同时保持向后兼容性。
如何在老式建筑中添加无线连接
随着 iiot 的扩张，一些传统建筑物也需要部署 iiot 网络。然而，在这些老式建筑的建造年代，没有人会关注无线数据传输的问题。墙壁、地板和天花板通常采用钢丝网、钢筋和重型钢梁加固，而这会有效地阻挡高频无线电信号，从而阻止对某些设备的网络访问。
在某些情况下，穿透墙壁来连接信号可能是足够的，但若是叉车或其他重型设备停放在墙壁附近，就会暂时阻挡连接。这为 wi-fi 和蓝牙等高频无线协议带来了问题。若要诊断这些时断时续的边界连接情况，可谓是网络技术人员的噩梦。
因此，这些建筑物可能需要在设施中增加额外的路由器、网络交换机和网关。这不仅会增加网络的复杂性，还会增加成本、维护和互操作性问题。
对于位置可能距网关或路由器上百米的远程传感器而言，这种情况尤其会造成问题。但是，某些传感器（例如环境传感器）并不需要通过高速无线网络持续传输其状态，并且可以轻松使用 sub-ghz 频率，因而不存在任何网络瓶颈或争用条件。
对于这些情况，sub-ghz 低功耗 lorawan 无线协议就是一种可靠的选择。lorawan 在美国的传输频率范围为 902 至 928 兆赫兹 （mhz），在欧盟的频率范围为 863 至 870 mhz。该技术面向不需要持续数据连接的低功耗、低数据速率传感器。更重要的是，lorawan 的较低工作频段使其适用于墙壁较厚的老式建筑，因为发射的信号很容易穿透木材、石膏板、混凝土和钢材。
但是，如果工业设施使用 wi-fi、蓝牙和 lorawan，则必须以确保可靠性和互操作性的方式集成所有三种协议，同时降低维护成本，这一点很重要。
iiot lorawan 配置
通常，wi-fi 信号通过网络交换机或路由器连接到工业设施的中央集线器，而网络交换机或路由器通过有线以太网转换数据。这种转换相对容易，因为 wi-fi 和以太网是兼容协议。但是，lorawan 与以太网不兼容，因此不能简单地传递数据。为了使 lorawan 数据到达中央集线器，必须首先通过兼容的网关接收无线 lorawan 数据。兼容 lorawan 的网关配置为通过回程连接将数据转发到运行 lorawan 网络服务器 （lns） 应用程序的 windows 或 linux 中央集线器。lns 会处理数据，并通过该应用软件可用的应用编程接口 （api），将其暴露给集线器的操作系统。
multi-tech systems 的 mtcdt-247a-915-us-eu-gb 多协议网关是一款专为坚固的工业设施设计的 lorawan 多协议网关。该网关面向工业环境，可在 -30°c 至 + 70°c 的温度范围，以及高达 90%（无冷凝）的相对湿度环境下工作。
mtcdt-247a-915-us-eu-gb 配置为 lorawan 美国频率，无法在其他地区使用。mtcdt-247a-915-us-eu-gb 支持 wi-fi、蓝牙和 lorawan。
该 conduit 网关支持美国 915 mhz 频段的 lorawan 网络。它使用基于浏览器的界面来配置 lorawan 数据包转发器以指向 lns。工业设施内的 lorawan 传感器可以轻松连接到上百米外的 conduit 网关，甚至可以穿透旧式建筑中的钢筋混凝土墙和地板进行连接。但是，即使是现代建筑，也会存在死角，即无线信号无法到达的位置。对于大型建筑物而言，这始终是一个问题，而且无法避免。因此，建议至少设置两个 lorawan 网关以确保全面覆盖。当需要从两个或多个 conduit 网关接收相同的数据包时，lns 应用程序可解决所有问题。
浏览器界面还可用于配置 wi-fi 接入点。对于 802.11a/b/g/n 协议，mtcdt-247a-915-us-eu-gb 可以为工业设施提供 2.45 ghz 和 5 ghz 的 wi-fi 接入点。该网关附带了 wi-fi 天线。
此外，浏览器界面还可以配置蓝牙接入点以连接到兼容的蓝牙设备。对于常开型高数据速率蓝牙设备，支持的是经典蓝牙。对于平板电脑、笔记本电脑和某些传感器等电池供电型蓝牙设备，支持低功耗蓝牙 4.1。
背面的 rj45 插孔提供到主服务器的有线 10/100baset 以太网网络连接和回程。
mtcdt-247a-915-us-eu-gb 还支持全球导航卫星系统 （gnss）。这可以用于全球定位，但更重要的是，gnss 为 lorawan 数据包时间戳提供了准确的时基，这是 lorawan 标准的要求，旨在确保消息同步。
mtcdt-247a-915-us-eu-gb 将美国 lorawan、wi-fi 和蓝牙集线器连接组合在一个网关中，为所有三种无线协议提供了一个集中维护点，并简化了网络连接。该网关的设计能使这三种协议不会相互干扰。
为了在欧盟使用，multi-tech systems 提供了 mtcdt-l4e1-247a-868-eu-gb 网关，该网关与美国版本基本相同，除了工作频段为处于欧盟频段 863 至 870 mhz 中的 868 mhz，并额外支持 4g-lte 蜂窝回程连接。为了在最新蜂窝网络标准未覆盖的区域实现经济高效的操作，该网关还可以通过 3g-hspa+ 和 2g-gprs 网络发送数据。multi-tech systems 提供的规格显示，此网关与所有欧盟蜂窝网络兼容。
mtcdt-l4e1-247a-868-eu-gb 提供与大多数欧盟电源插座兼容的适配器选择。它还包括一根 wi-fi 天线、一根 gnss 天线和两根蜂窝网络天线。
为了通过 4g-lte 网络将 lorawan 数据发送到 lns，每个网关都需要标准 sim 卡，其中包含无线网络、电话号码和用户信息。
mtcdt-l4e1-247a-868-eu-gb 在设备正面的铭牌后有一个 sim 卡卡槽。为了防止恶意行为者随意更换 sim 卡，铭牌使用了螺钉固定。为了提高安全性，网关应放置于未经授权用户无法接触的上锁位置。请务必确保该位置周围没有金属外壳，以免阻碍蓝牙和 wi-fi 信号。
图 ：mtcdt-l4e1-247a-868-eu-gb 网关带有一个 sim 卡端口，拆下由小螺钉固定的铭牌就可以找到。（图片来源：multi-tech systems）
每台支持 4g-lte 回程的 multi-tech systems conduit lorawan 网关都需要从手机网络运营商处购买 sim 卡及适当的流量套餐。
multi-tech systems conduit 网关提供了一个简单的中央接入点，在一个装置中包含了四种无线连接协议以及 gnss。对于维护人员而言，就可以从一个位置轻松配置所有无线网络，从而节省了时间，并提高了可靠性。此外，还消除了使用单独的路由器和网关时可能发生的冲突。
总结
随着工厂和车间不断采用 iiot，无线网络对于工业自动化越来越有用。对于这些应用，目前已经有丰富的设备生态系统，来支持通常工作在不同频段下的各种应用，实现 wi-fi 和蓝牙连接。如上所述，在已经配备 wi-fi 和蓝牙的工业自动化设施中添加在 sub-ghz 运行的 lorawan 传感器连接，可以提高可靠性，对于存在钢筋加固墙的老式设施尤其如此。若使用一个支持所有这些协议的网关，则可以节省时间和配置成本，同时提高兼容性和可靠性。
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因此，这些建筑物可能需要在设施中增加额外的路由器、网络交换机和网关。这不仅会增加网络的复杂性，还会增加成本、维护和互操作性问题。
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但是，如果工业设施使用 wi-fi、蓝牙和 lorawan，则必须以确保可靠性和互操作性的方式集成所有三种协议，同时降低维护成本，这一点很重要。
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通常，wi-fi 信号通过网络交换机或路由器连接到工业设施的中央集线器，而网络交换机或路由器通过有线以太网转换数据。这种转换相对容易，因为 wi-fi 和以太网是兼容协议。但是，lorawan 与以太网不兼容，因此不能简单地传递数据。为了使 lorawan 数据到达中央集线器，必须首先通过兼容的网关接收无线 lorawan 数据。兼容 lorawan 的网关配置为通过回程连接将数据转发到运行 lorawan 网络服务器 （lns） 应用程序的 windows 或 linux 中央集线器。lns 会处理数据，并通过该应用软件可用的应用编程接口 （api），将其暴露给集线器的操作系统。
multi-tech systems 的 mtcdt-247a-915-us-eu-gb 多协议网关是一款专为坚固的工业设施设计的 lorawan 多协议网关。该网关面向工业环境，可在 -30°c 至 + 70°c 的温度范围，以及高达 90%（无冷凝）的相对湿度环境下工作。
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