A LoRa-rendszer kidolgozásában a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) szakemberei is részt vettek. A tanszék kutatói már több mint tizenöt éve foglalkoznak vezeték nélküli szenzorhálózatok kommunikációjával, Dolgok Internete (IoT) technológiákkal és azok gyakorlati alkalmazásaival.
Az okostelepülések fontos komponensei közé tartoznak a mérésre, adatküldésre alkalmas szenzorok, a hálózati kommunikációs technológia és a begyűjtött adathalmazok elemzése is. Az érzékelők bárhol jó szolgálatot tehetnek – akár a köztéri lámpaoszlopokban, a biztonsági kamerákban, az útburkolatban, de a közeli szántóföldeken is.
Néhány éve jelent meg új opcióként, hogy a szenzorok energiatakarékossága akár már a nagy távolságra való adatküldésnél is megvalósítható. Ennek feltétele, hogy az érzékelő ritkán és nagyon kis mennyiségű, akár csak néhány bájtnyi adatot küldjön. Az ilyen alacsony energiaigényű, nagy hatótávolságú vezeték nélküli technológiák gyűjtőneve az LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) – vázolta a technológia hátteret Vida Rolland, a BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszékének docense.
Az LPWAN előnye, hogy a terepviszonyoktól függően akár 10-15 kilométeres távra is képes biztosítani az eszközök kommunikációját. Emiatt kiválóan alkalmazható a nagyobb kiterjedésű, mobillefedettség vagy vezetékes energiaellátás nélküli területeken elhelyezett szenzorok esetében. Egy ilyen megoldás a speciális modulációt használó, szabadalmaztatott LoRa (Long Range) rádiós technológia is, melyhez 2015-ben dolgoztak ki egy – a csatorna-hozzáférést vezérlő, szabványosított – nyílt forráskódú protokollt.
Milyen feladatokra ajánlott a LoRa?
Az IoT-fejlesztések tervezésénél természetesen fontos a Long Range hálózat előnyeit és egyúttal korlátozó tényezőit is végigvenni, hogy mikor a legjobb választás ez a vezeték nélküli kommunikációs megoldás.
„Parkolásfigyelésre például ajánlott a LoRa-technológia. Ekkor szenzorokat építünk be az aszfaltba, amelyek érzékelik, hogy van-e felettük autó. Ebből adódóan nagyon egyszerű maga az adatküldés is, hiszen vagy foglalt az adott parkolóhely, vagy szabad. A szenzor lehet például ultrahangos, optikai vagy magnetométeres érzékelő, és csak akkor küld adatokat, ha változás áll be a parkolóhely státuszában. Ez pedig viszonylag ritkán történik meg, ha azt nézzük, hogy egy átlagos parkolóhelyen naponta körülbelül 20-30 mérhető esemény történik” – fejtette ki a szakember.
A forgalomfigyelésnél viszont már más megoldás ajánlott, mivel az utakon folyamatos adatforgalomra, és nagyon sűrű, akár 5-10 másodpercenkénti adatküldésre van szükség. Csak így lehet megfelelően monitorozni a közúti forgalmat, és akár ehhez igazítani a közlekedési lámpák beállításait. Magához a méréshez, a járművek érzékeléséhez tehát ugyanazt a technológiát használjuk, a mért adatok elküldéséhez viszont más és más megoldást kell alkalmazni parkolás vagy forgalomfigyelés esetén.
„A LoRa technológia tehát olyan alkalmazások esetén ajánlott, ahol egy lassan vagy ritkán változó paramétert mérünk, és emiatt mindez kevés adatforgalmat igényel. A parkolás mellett jó példának számítanak erre a meteorológiai szenzorok is, hiszen a hőmérséklet egy lassabban változó paraméter. Ellenpéldaként viszont a forgalommérés mellett említhetjük a település aktuális zajtérképének az összeállítását, amelyhez szintén folyamatos, akár tizedmásodpercenkénti mérésekre és nagyon gyakori kommunikációra van szükség” – magyarázta Vida Rolland.
Miért ennyire fontos az energiatakarékosság?
A docens arra is kitért, hogy a szenzoroknak nagyon szűkösek az erőforrásaik, így például a processzor, a memóriakapacitás vagy a rádiós, kommunikációs képesség is, de igazából az energiaellátásuk az, ami nagyon korlátozza ezeket az apró érzékelőket.
Ha például az útfelületbe beépítünk egy szenzort, akkor teljesen jogos elvárás, hogy az eszköz felügyelet nélkül 5-10 éven keresztül működjön, mérjen, kommunikáljon, és ne kelljen akkumulátorcsere miatt rendszeresen feltörni az aszfaltot. Hasonló az elvárás a szántóföldeken, nehezen megközelíthető helyeken kihelyezett érzékelőkkel kapcsolatban is, hogy hosszú évekig üzemeljenek helyszíni karbantartás nélkül.
A mezőgazdaságban is áttörést hozhat
A városüzemeltetés mellett más ágazatok, így például az agrárium is profitálhat az IoT-technológia vívmányaiból. Ennek egyik példája az Invitech és a Holstein Genetika Kft. rábapordányi közös pilot projektje is. „Az istállókba kihelyezett szenzorok számos tényezőt mérnek – a hőmérsékletet, a páratartalmat, a légnyomást és a fényviszonyokat is. A pilot projekt célja annak monitorozása, hogy a különböző környezeti paraméterek és a takarmány állapota miként befolyásolják a tejtermelést és a napi tejhozamot, illetve milyen adaptív módon érdemes beavatkoznia a gazdálkodónak” – részletezte a szakértő.
Vida Rolland aktívan részt vesz a világ legnagyobb mérnöki szervezetének számító IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) szakmai munkájában is. 2015 óta az IEEE Sensors Council, idéntől pedig az IEEE Smart Cities munkacsoportok vezetőbizottságának a tagja, valamint a 2019-es montreali IEEE Sensors nemzetközi konferencia tudományos programbizottságának elnöke.
