隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 的不斷擴張，用于連接不同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型也在不斷增加。對于有線網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)（及其工業(yè)以太網(wǎng)變體）是最常見的接口，因為它用途廣泛，可以運行多種不同的協(xié)議。在無線高速數(shù)據(jù)方面，Wi-Fi 已經(jīng)成為快速可靠的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而藍牙則用于一些傳感器并用來配置設(shè)備。

　　不過，藍牙的工作段頻為 2.45 GHz，而 Wi-Fi 的工作頻段為 2.45 GHz 和 5 GHz。因此，與在 sub-GHz 頻段工作的 LoRaWAN 等無線電相比，傳統(tǒng)建筑中使用的厚墻會大幅降低 Wi-Fi 和藍牙的傳輸距離。這會損害傳感器的連接性，從而增加成本，因為需要在整個設(shè)施中部署更多的接入點或匯聚點，才能防止設(shè)備丟失無線連接。

　　本文說明了為什么有必要在已經(jīng)具有 Wi-Fi 和藍牙的工業(yè)自動化設(shè)施中添加 LoRaWAN 傳感器連接。文中將探討 LoRaWAN 在老式建筑和傳統(tǒng)環(huán)境中的優(yōu)勢，而為實現(xiàn)工業(yè)自動化和方便樓宇管理，這些環(huán)境必須進行改造。然后，本文還將介紹來自 Multi-Tech Systems 的兩款 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)，這些網(wǎng)關(guān)可以輕松管理 Wi-Fi 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、LoRaWAN 傳感器連接和藍牙連接，同時保持向后兼容性。

　　如何在老式建筑中添加無線連接

　　隨著 IIoT 的擴張，一些傳統(tǒng)建筑物也需要部署 IIoT 網(wǎng)絡(luò)。然而，在這些老式建筑的建造年代，沒有人會關(guān)注無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。墻壁、地板和天花板通常采用鋼絲網(wǎng)、鋼筋和重型鋼梁加固，而這會有效地阻擋高頻無線電信號，從而阻止對某些設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)訪問。

　　在某些情況下，穿透墻壁來連接信號可能是足夠的，但若是叉車或其他重型設(shè)備停放在墻壁附近，就會暫時阻擋連接。這為 Wi-Fi 和藍牙等高頻無線協(xié)議帶來了問題。若要診斷這些時斷時續(xù)的邊界連接情況，可謂是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員的噩夢。

　　因此，這些建筑物可能需要在設(shè)施中增加額外的路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機和網(wǎng)關(guān)。這不僅會增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，還會增加成本、維護和互操作性問題。

　　對于位置可能距網(wǎng)關(guān)或路由器上百米的遠程傳感器而言，這種情況尤其會造成問題。但是，某些傳感器（例如環(huán)境傳感器）并不需要通過高速無線網(wǎng)絡(luò)持續(xù)傳輸其狀態(tài)，并且可以輕松使用 sub-GHz 頻率，因而不存在任何網(wǎng)絡(luò)瓶頸或爭用條件。

　　對于這些情況，sub-GHz 低功耗 LoRaWAN 無線協(xié)議就是一種可靠的選擇。LoRaWAN 在美國的傳輸頻率范圍為 902 至 928 兆赫茲 （MHz），在歐盟的頻率范圍為 863 至 870 MHz。該技術(shù)面向不需要持續(xù)數(shù)據(jù)連接的低功耗、低數(shù)據(jù)速率傳感器。更重要的是，LoRaWAN 的較低工作頻段使其適用于墻壁較厚的老式建筑，因為發(fā)射的信號很容易穿透木材、石膏板、混凝土和鋼材。

　　但是，如果工業(yè)設(shè)施使用 Wi-Fi、藍牙和 LoRaWAN，則必須以確?？煽啃院突ゲ僮餍缘姆绞郊伤腥N協(xié)議，同時降低維護成本，這一點很重要。

　　IIoT LoRaWAN 配置

　　通常，Wi-Fi 信號通過網(wǎng)絡(luò)交換機或路由器連接到工業(yè)設(shè)施的中央集線器，而網(wǎng)絡(luò)交換機或路由器通過有線以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。這種轉(zhuǎn)換相對容易，因為 Wi-Fi 和以太網(wǎng)是兼容協(xié)議。但是，LoRaWAN 與以太網(wǎng)不兼容，因此不能簡單地傳遞數(shù)據(jù)。為了使 LoRaWAN 數(shù)據(jù)到達中央集線器，必須首先通過兼容的網(wǎng)關(guān)接收無線 LoRaWAN 數(shù)據(jù)。兼容 LoRaWAN 的網(wǎng)關(guān)配置為通過回程連接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到運行 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 （LNS） 應(yīng)用程序的 Windows 或 Linux 中央集線器。LNS 會處理數(shù)據(jù)，并通過該應(yīng)用軟件可用的應(yīng)用編程接口 （API），將其暴露給集線器的操作系統(tǒng)。

　　Multi-Tech Systems 的 MTCDT-247A-915-US-EU-GB 多協(xié)議網(wǎng)關(guān)是一款專為堅固的工業(yè)設(shè)施設(shè)計的 LoRaWAN 多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)面向工業(yè)環(huán)境，可在 -30°C 至 + 70°C 的溫度范圍，以及高達 90%（無冷凝）的相對濕度環(huán)境下工作。

　　MTCDT-247A-915-US-EU-GB 配置為 LoRaWAN 美國頻率，無法在其他地區(qū)使用。MTCDT-247A-915-US-EU-GB 支持 Wi-Fi、藍牙和 LoRaWAN。

　　該 Conduit 網(wǎng)關(guān)支持美國 915 MHz 頻段的 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)。它使用基于瀏覽器的界面來配置 LoRaWAN 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)器以指向 LNS。工業(yè)設(shè)施內(nèi)的 LoRaWAN 傳感器可以輕松連接到上百米外的 Conduit 網(wǎng)關(guān)，甚至可以穿透舊式建筑中的鋼筋混凝土墻和地板進行連接。但是，即使是現(xiàn)代建筑，也會存在死角，即無線信號無法到達的位置。對于大型建筑物而言，這始終是一個問題，而且無法避免。因此，建議至少設(shè)置兩個 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)以確保全面覆蓋。當(dāng)需要從兩個或多個 Conduit 網(wǎng)關(guān)接收相同的數(shù)據(jù)包時，LNS 應(yīng)用程序可解決所有問題。

　　瀏覽器界面還可用于配置 Wi-Fi 接入點。對于 802.11a/b/g/n 協(xié)議，MTCDT-247A-915-US-EU-GB 可以為工業(yè)設(shè)施提供 2.45 GHz 和 5 GHz 的 Wi-Fi 接入點。該網(wǎng)關(guān)附帶了 Wi-Fi 天線。

　　此外，瀏覽器界面還可以配置藍牙接入點以連接到兼容的藍牙設(shè)備。對于常開型高數(shù)據(jù)速率藍牙設(shè)備，支持的是經(jīng)典藍牙。對于平板電腦、筆記本電腦和某些傳感器等電池供電型藍牙設(shè)備，支持低功耗藍牙 4.1。

　　背面的 RJ45 插孔提供到主服務(wù)器的有線 10/100BaseT 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接和回程。

　　MTCDT-247A-915-US-EU-GB 還支持全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS）。這可以用于全球定位，但更重要的是，GNSS 為 LoRaWAN 數(shù)據(jù)包時間戳提供了準(zhǔn)確的時基，這是 LoRaWAN 標(biāo)準(zhǔn)的要求，旨在確保消息同步。

　　MTCDT-247A-915-US-EU-GB 將美國 LoRaWAN、Wi-Fi 和藍牙集線器連接組合在一個網(wǎng)關(guān)中，為所有三種無線協(xié)議提供了一個集中維護點，并簡化了網(wǎng)絡(luò)連接。該網(wǎng)關(guān)的設(shè)計能使這三種協(xié)議不會相互干擾。

　　為了在歐盟使用，Multi-Tech Systems 提供了 MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)與美國版本基本相同，除了工作頻段為處于歐盟頻段 863 至 870 MHz 中的 868 MHz，并額外支持 4G-LTE 蜂窩回程連接。為了在最新蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)未覆蓋的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟高效的操作，該網(wǎng)關(guān)還可以通過 3G-HSPA+ 和 2G-GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。Multi-Tech Systems 提供的規(guī)格顯示，此網(wǎng)關(guān)與所有歐盟蜂窩網(wǎng)絡(luò)兼容。

　　MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 提供與大多數(shù)歐盟電源插座兼容的適配器選擇。它還包括一根 Wi-Fi 天線、一根 GNSS 天線和兩根蜂窩網(wǎng)絡(luò)天線。

　　為了通過 4G-LTE 網(wǎng)絡(luò)將 LoRaWAN 數(shù)據(jù)發(fā)送到 LNS，每個網(wǎng)關(guān)都需要標(biāo)準(zhǔn) SIM 卡，其中包含無線網(wǎng)絡(luò)、電話號碼和用戶信息。

　　MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 在設(shè)備正面的銘牌后有一個 SIM 卡卡槽。為了防止惡意行為者隨意更換 SIM 卡，銘牌使用了螺釘固定。為了提高安全性，網(wǎng)關(guān)應(yīng)放置于未經(jīng)授權(quán)用戶無法接觸的上鎖位置。請務(wù)必確保該位置周圍沒有金屬外殼，以免阻礙藍牙和 Wi-Fi 信號。

圖 ：MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 網(wǎng)關(guān)帶有一個 SIM 卡端口，拆下由小螺釘固定的銘牌就可以找到。（圖片來源：Multi-Tech Systems）

　　每臺支持 4G-LTE 回程的 Multi-Tech Systems Conduit LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)都需要從手機網(wǎng)絡(luò)運營商處購買 SIM 卡及適當(dāng)?shù)牧髁刻撞汀?/p>

　　Multi-Tech Systems Conduit 網(wǎng)關(guān)提供了一個簡單的中央接入點，在一個裝置中包含了四種無線連接協(xié)議以及 GNSS。對于維護人員而言，就可以從一個位置輕松配置所有無線網(wǎng)絡(luò)，從而節(jié)省了時間，并提高了可靠性。此外，還消除了使用單獨的路由器和網(wǎng)關(guān)時可能發(fā)生的沖突。

　　總結(jié)

　　隨著工廠和車間不斷采用 IIoT，無線網(wǎng)絡(luò)對于工業(yè)自動化越來越有用。對于這些應(yīng)用，目前已經(jīng)有豐富的設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)，來支持通常工作在不同頻段下的各種應(yīng)用，實現(xiàn) Wi-Fi 和藍牙連接。如上所述，在已經(jīng)配備 Wi-Fi 和藍牙的工業(yè)自動化設(shè)施中添加在 sub-GHz 運行的 LoRaWAN 傳感器連接，可以提高可靠性，對于存在鋼筋加固墻的老式設(shè)施尤其如此。若使用一個支持所有這些協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，則可以節(jié)省時間和配置成本，同時提高兼容性和可靠性。