7 июля 2020 В этой статье вы сможете узнать как защитить кабель от кражи
сна основе нашего отчета о реальных испытаниях беспроводной сети,
созданной для оповещения бригады, если кто-то пытается взломать канализационный люк.
Оборудование для тестовой системы было предоставлено командой iotji.
В марте 2020 года Укртелеком сообщил, что, несмотря на карантин, массовые кражи телекоммуникационного кабеля продолжаются в крупных масштабах. Отчеты за март показывают 150-160 случаев каждый день, а всего за неделю с 16 по 22 марта было похищено и повреждено более 14 тыс. метров.
К сожалению, проблема воровства кабеля в Украине совсем не новая, поэтому многие структуры уже достаточно долго ищут эффективные методы борьбы против краж. Команда iotji совместно с директором ООО «Атраком» Савчуком Александром с 10 июля 2019 года проводит тестирование IoT — испытания датчиков для контроля крышек люков.
Суть проекта
Чтобы построить IoT-сеть на протоколе LoRaWAN, мы должны прикрепить беспроводной датчик вскрытия колодца. При изменении положения крышки он отправляет сигнал по радиоканалу 868 МГц на LoRaWAN шлюз.
Через Ethernet (сеть IP) сигнал от шлюза отправляется на сетевой сервер, где выделяются полезные данные и отправляются на сервер приложений (AS, application server). Там происходит визуализация полученных данных в удобном для пользователя формате. Благодаря AS, например, пользователь получал сообщения в Телеграм – информация от датчиков вскрытия люка отправлялась в чат вместе с точкой на карте.
Мы выбрали LoRaWAN из-за ее главных достоинств:
- Дальность передачи данных через LoRa сигнал (до 15 км за городом, 2,5 км в городе или до 1 км в условиях плотной городской застройки).
- Малые затраты энергии: работают датчики на батарейном питании до 10 лет без замены или подзарядки.
- Нет необходимости лицензировать и сертифицировать работу беспроводной технологии. LoRaWAN работает на радиочастотах 868-868,6 МГц (ISM диапазон) с излучаемой мощностью до 14 дБм (25 мВт).
- Благодаря CHIRP модуляции сигнал проходит через чугунные крышки люков.
- Высокая помехоустойчивость позволяет выделять полезный сигнал ниже уровня шумов на -20.
Чем пользовались
1. Датчик открытия люка KONKA WSMS-125-EU
Специально создан для контроля открытия крышек канализационных люков. Он определяет угол наклона крышки люка и, если зафиксирован наклон больше 20 градусов, отправляет оповещение в операционный центр. Перед работой датчик активируется с помощью магнита, чтобы сохранить батарею во время транспортировки и хранения. Аккумулятор рассчитан на работу более 3 лет в зависимости от активности использования.
Основные характеристики
При открытии люка датчик передает три пакета данных с интервалом 5 сек: люк открыт, температура воздуха (не подожгли ли канализацию), заряд батареи, G-ускорение по трем координатам. Если люк не открывался, то датчик посылает пакеты 1 раз в 10 дней 3 пакета с интервалом в 2 часа: отсутствие тревоги, температура воздуха, заряд батареи.
2. Шлюз Tektelic KONA Micro Gateway
Шлюз KONA Micro предназначен для корпоративных решений и небольших индустриальных проектов, которые требуют стабильного и беспрерывного доступа к анализируемым параметрам и сенсорам. Он оснащен 3G/4G модемом, а встроенный аккумулятор обеспечивает прием-передачу данных и стабильную работу устройства в течении 4 часов при отсутствии штатного электропитания.
Технические параметры:
| Мощность передатчика | до 14 dBm |
| Чувствительность приемника | -139,5 dBm (SF=12; bit rate=293 bitts/s) |
| Поддержка 8 каналов, и каждый канал может получать данные одновременно. | |
| 3G/4G интерфейс | |
| Конструктивная антенна |
3. Сетевой сервер
На сервере компании DEPS был развернут бесплатный ChirpStack. Для его использования не требуется разрешение.
4. Сервер приложений
Использовалась платформа Thingsboard, через нее была настроена функция отправки сообщений от датчика в Телеграм-чат пользователю.
Как испытывали
LoRaWAN тестирование проводились за городом, возле одной из оживленных трасс.
В связи с тем, что датчик крепится на люк с помощью болтовых соединений, было принято решение проводить испытания на канализационном колодце, у которого нет основного чугунного люка, а только стальной «подлючник».
Так как шлюз имеет встроенный беспроводной 3G/4G модем и встроенный аккумулятор, для испытаний достаточно установить датчик на одном люке и только перемещать LoRaWAN шлюз. На разном расстоянии от люка тестируются параметры сигнала (RSSI, SNR, SF, частота) и время получения сообщения об открытии люка в Телеграме.
N 50°27’10.116″
E 30°19’18.617″
1. Расстояние 20 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-80 |
9,5 |
7 |
868,500 |
3 |
|
Тест 2 |
-59 |
9,8 |
7 |
868,100 |
5 |
|
Тест 3 |
-78 |
9,8 |
7 |
868,500 |
9,2 |
Первый этап испытаний показал очень хорошие параметры сигнала.
2. Расстояние 130 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-88 |
8,5 |
7 |
868,500 |
5 |
|
Тест 2 |
-83 |
0 |
7 |
868,300 |
5,3 |
|
Тест 3 |
-91 |
7,2 |
7 |
868,100 |
5 |
Второй этап также показал очень хорошие параметры сигнала.
3. Расстояние 230 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-97/-99 |
-2,5/-1,2 |
7 |
868,1/868,5 |
45 |
|
Тест 2 |
-93/-96 |
1,2/0,2 |
7 |
868,1/868,3 |
9 |
|
Тест 3 |
-97 |
-3,8 |
7 |
868,300 |
60 |
Третий этап показал снижение уровня получаемых сигналов и ухудшение соотношения сигнал/шум.
4. Расстояние 330 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-99/-94 |
-8,8/-1 |
7 |
868,3/868,5 |
5,5 |
|
Тест 2 |
-97 |
-0,2 |
7 |
868,300 |
5,3 |
Четвертый этап показал такие же параметры сигналов, как и на расстоянии в 230 м.
5. Расстояние 420 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-96 |
-5 |
7 |
868,300 |
17,5 |
|
Тест 2 |
-94/-94 |
-0,5/2,5 |
7 |
868,100 |
6 |
Пятый этап показал такие же параметры сигналов, как и на расстоянии 230 м.
6. Расстояние 500 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-103 |
-6,5 |
7 |
868,300 |
9 |
|
Тест 2 |
-104 |
-4,5 |
8 |
868,500 |
26 |
Шестой этап показал ухудшение параметров сигнала, но уведомления поступали о всех открытиях люка без потерь. На расстоянии 500 м успешно проходит запрос от датчика на подключение в сеть, при этом увеличивается параметр SF с 7 до 8.
7. Расстояние 550 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
Сигнал не прошел. Принято решение вернуться на отметку 500 метров и повторить испытания.
8. Расстояние 500 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-100 |
-6,2 |
7 |
868,500 |
9 |
Пакеты проходят уверенно, без потерь. Принято решение еще раз увеличить расстояние на 50 метров и повторить испытания.
9. Расстояние 550 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
|
Параметры сигнала |
RSSI, dBm |
SNR |
SF |
Частота, MHz |
Время получ. cообщения, c |
|
Тест 1 |
-103/-100 |
-1,2/-4 |
7 |
868,5/868,3 |
9 |
|
Тест 2 |
-102 |
-5,5 |
8 |
868,100 |
60 |
На этот раз пакеты ходили уверенно, без потерь, хотя параметры сигнала были ухудшенными.
10. Расстояние 600 м
Высота базовой станции над уровнем земли 1 метр
Пакеты данных не прошли.
Какие выводы сделали
1. Беспроводная технология передачи данных LoRaWAN может быть использована как локальная система охраны коммуникационных колодцев. Вполне можно рассчитывать на эту систему оповещения о вскрытии крышек люков, так как сигнал от датчиков проходит уверенно, а получение сообщений в Телеграм составляет несколько секунд.
2. Максимальная дальность шлюза от датчика для получения сигнала — 550 метров. Это хороший показатель для шлюза даного типа, который был установлен на высоте 1 м. Для увеличения дальности передачи мы рекомендуем использовать шлюз для outdoor применения (например, Wirnet iStation) и поднять над уровнем земли на несколько метров.
3. При поднятии шлюза на высоту 5-10 метров — дальность увеличится, но в реальных условиях необходимо учитывать городскую застройку и влияние помех от мобильных операторов (особенно CDMA).
4. На время получения пакета расстояние между шлюзом и датчиком не влияет. Влияет только качество услуг мобильного оператора, ведь от шлюза до сервера данные уже переходят по сети IP. Если есть необходимость построить критически важную систему оповещения, где задержки в секунды играют большую роль — лучше осуществлять передачу данных по Ethernet.
Сталкивались ли вы с кражей телекоммуникационного кабеля? Или может крышки люков исчезали с улиц? Мы предлагаем простое и бюджетное решение этих проблем. Свяжитесь с нами по информации, указанной ниже, или заполняйте форму обратной связи, и наша команда предоставить ответы на все вопросы. У нас также есть сообщество в Телеграме t.me/iotji и страничка в Facebook @iotji.io — присоединяйтесь для дальнейших обновлений.
3 декабря 2020 
