LoRaWAN : Uzak Mesafe’de Yeni Nesil IoT Ağları
“İnsan aklı hiçbir kısıtlamayla sınırlanamayaz.”
J.W. Goethe
Kablosuz olarak bir sinyalin yolculuğu nasıl sağlanabiliyor?
Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IoT) kavramıyla ilgili olarak, günlük yaşamda bizi çevreleyen çeşitli nesnelerin İnternet’e bağlanmasını içeren artan bir farkındalık söz konusu. Bugün, bu konsepti entegre etmeden akıllı bir fabrikadan ya da bir akıllı şehir fikri geliştirmek mümkün değil.
Geniş bir coğrafi bölgede ya da binalardan oluşan bir kampüste ya da çok büyük bir fabrika arazisinde ekleyeceğiniz her uç, aslında aynı zamanda eklenmesi gereken yeni bir hat gereksinimini gündeminize sokuyor. Burada kablolama tiplerindeki farklılıktan tutun da her bir sinyalin fiziksel ya da veri katmanı farklılıkları ile oluşan protokol çeşitliliğini de unutmayalım. Dolayısıyla, yapılacak her yeni yatırım aslında altyapısal olarak da sizi büyümeye zorlayacaktır.
Bundan 20 yıl önce evlerimize ilk Wi-Fi cihazların girmeye başladığı günlerde bir telsiz yönetmeliğinden bahsedebiliyorduk. 2,4 GhZ bandının ISM (Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal) bandı olduğunu ve dolayısıyla serbest bir kullanım olması gerektiğini o günkü Telekomünikasyon Kurumuna anlatırken çok büyük zorluklar yaşamıştık. Ancak bu deneyimden akılda kalan en önemli anı, insanların bu frekansta yani bugün genel kabul ile Wi-Fi dediğimiz alanda kullanımına olağanüstü bir hızla adaptasyonumuz oldu.
Bir taraftan da GSM ve sonrasında LTE ile gelişen Operatör bazlı mobil şebekelerde olağanüstü hızla yaşanan gelişmeler söz konusuydu. Bu gelişmeler başlıca, sinyal kalitesi, taşınabilen veri miktarı ve dolayısıyla bu ağlar üzerine kurulan geniş uygulamalar olarak sürmekte.
Yerel ve Mobil şebekelerin halen tamamlayamadığı alanlar ise mevcut. Halen ülkemizin bazı bölgelerinde mobil şebekelerinde yaşanan eksiklikler nedeniyle bütünlüklü bir ağ kurmak söz konusu olamamakta. Karma ağlar kurularak bu açığı tamamlarken, yapılan yatırım ve sahadaki yaygınlaştırma gereği işletmeler için bir süre daha fizibilite sorunları yaratmakta. Wi-Fi ya da benzer lokal kablosuz ağ teknolojilerinin de bilhassa fiziksel kısıtlarını her zaman değerlendirmeye almak gerekmekte. Burada endüstriyel uygulamalar açısından çok elverişli olmayan uygulama örnekleri mevcut olmakta. Örneğin bir maden sahasında basit bir izleme kamerası ya da ısı sensörü için bu uçlara erişebilecek ve zorlu fiziksel şartlara dayanabilecek bir Wi-Fi ağı kurmanız başlı başına bir zorluk.
Endüstriyel Öncelikler
Endüstriyel Uygulamalarda başlıca şu öncelikler gözetilmektedir:
1. Ekonomik Kolaylık
2. Ölçeklenebilirlik
3. Fiziksel Şartlara Uygunluk
4. Protokollere Uygunluk
Bir fabrikada kuracağınız her sensor, izleyeceğiniz her cihaz için yukarıdaki dört önceliği tasarım aşamasında düşünmeniz gerekiyor.
Peki nasıl olsa çok kolay olurdu?
Her uç için çok ekonomik, mümkünse sensor sayısıyla uyumlu bir şekilde ölçeklenebilecek, sayısal kısıtların ihmal edilebileceği, zorlu fiziksel şartlara uygun, mevcut SCADA izleme ve makinalarla uyumlu iletim cihazlarının kullanılması akla gelen en kolay tasarım olacaktır.
LoRaWAN tam olarak bu tasarım hedefleri ile aşağıdaki grafikte gösterilen iletim olanaklarını sağlamaktadır:
Hız & Mesafe
LoRAWAN, düşük elektriksel güç ile uzak mesafelere verinin taşınabilmesini sağlamakta. Konvansiyonel değerler olarak şehir dışı alanlarda 15 km lik bir mesafede LoraWAN ile sinyal iletimi yapmanız mümkün. Mesafe ve fiziksel şartlara bağlı olarak 50 kbps hızlar ile veri iletiminin sağlanabilmesi bilhassa sensor ile çalışma şartlarında çok uygun.
Düşük elektriksel güç ile bilhassa batarya ile çalışan erişim noktaları olarak tasarlanması mümkün olan LoRaWAN sistemleri, uzun süre bakımsız çalışabilme rahatlığı sağlıyor. Aynı zamanda üzerlerine takılan solar paneller ile güneş enerjili olarak da çalışabilen bu cihazlar, bilhassa elektrik hattı çekme zorluklarını da ortadan kaldırıyor.
Ekonomik olarak da aşağıdaki kolaylıklar gözümüze çarpmakta:
– Altyapı yatırımlarının çok düşük maliyetle gerçekleşebilmesi
– Bakım/İşletme maliyetlerinde sağlanan avantaj
– Sensöre bütünleşik LoraWAN nodları ile düşük bedeller ile ölçekleyebilme kolaylığı
LoRaWan mı NB-IoT mi?
LoRaWAN’ın bugünkü şartlarda en önemli rakibi, mobil operatörlerce sağlanan NB-IoT teknolojisi olarak görünmekte. LTE spektrumunu kullanan NB-IoT yaklaşık 40 ülkede aktif olarak kullanılmakta. Türkiye’de de mobil operatörlerin işletmesinde sunulan bir hizmet olarak karşımıza çıkıyor. Mevcut baz istasyonu kulelerinin bulunduğu kapsama alanlarında kullanılabilen bu teknolojiye karşı LoRaWAN’ın birkaç avantajlı alanından söz edebiliriz:
- LoRaWAN asenkron çalışma imkânı sunarak sadece sensörden veri iletildiği durumlarda batarya ömrünü tüketirken, NB-IoT senkron çalışma zorunluluğu nedeniyle uç noktadan sürekli olarak baz istasyona bağlı kalmak zorunda.
- NB-IoT yaklaşık 20 kbps’lik bir uplink sağlarken LoRaWAN ile 50 kbps seviyelerine çıkmak mümkün
- NB-IoT şebekesinin bulunmadığı yerlerde alternatif bir şebeke kurmanız mümkün olmazken LoRaWAN ile bu tür bir sınırlamaya tabi olmamaktasınız.
- LoRaWAN lisanssız bantta (1GhZ altı ISM) çalıştığı için işletme esnasında herhangi bir hat maliyeti söz konusu değil. NB-IoT’de ise mobil operatör bedelleri söz konusu.
Endüstriye uygulamalar ve LoRAWAN
Özellikle kampüs içi uç izleme faaliyetleri gündeme gelirken Tarımsal faaliyetler, Akıllı şehir uygulamaları, Taşımacılık ve bina yönetimi uygulamalarından da bahsedebiliriz.
Örnek bir fabrika uygulamasında gaz/su sayaçlarından toplanan veri ve elektrik sayaçlarından Modbus ie alınan veri birleştirilerek Modbus TCP formatında firmanın SCADA sistemine bağlanmıştır. Ayrıca farklı bir lokasyondaki bir üretim hattında bulunan konveyör üzerindeki hız sensörleri ve motorlara bütünleşik titreşim sensörlerinin verisi RS-485 üzerinden alınarak merkeze aktarım sağlanmıştır.
Tarımsal alandaki bir uygulamada ise rüzgâr hız/yön ölçümü, nem, yağış miktarı, solar radyasyon ve toprak analizörlerinden LoRAWAN nodları ile alınan değerler birleştirilerek üretici şirketin merkezi yönetim sistemine veri iletimi sağlanabilmektedir.
Açık otoparklarda uygulanan bir başka LoRaWAN çalışmasında ise park durum sensörlerinden alınan park yeri slotu boş/dolu bilgisi hiçbir kablolama yapılmadan ve oldukça düşük maliyetle gerçekleştirilmiş.
LoRaWAN ile Zahmetsiz bir Dijital Dönüşüm
Dijital Dönüşüm yolculuğunda ağ ihtiyaçları söz konusu olduğunda ekonomi ve uygulama kolaylığı gereksinimlerini göz ardı etmeyin. Zahmetsiz bir dönüşüm için ihtiyaç duyacağınız verileri mümkün olabildiğince hızlı ve ekonomik olarak uçlardan alarak işe başlayın.
Endüstriyel IoT portföyünüz büyüdükçe işinize sağlayacağınız fayda eksponansiyel olarak büyüyecektir. Bunun için kampüs ve bina içi erişim zorluklarını aşabileceğiniz en pratik çözüm olarak günümüzde LoRaWAN bir çözüm olarak karşımıza çıkıyor.
Cemhan Baykal, ServIT Dijital Dönüşüm, Kurucu
