แกะกล่อง LoRaWAN® Gateway สำหรับ ประเทศไทย Dragino LG308-AS923-TH-EC25***
***ปัจจุบันรุ่นนี้บริษัทได้ยกเลิกการผลิตแล้ว โดยออกรุ่นใหม่เป็นรุ่น Dragino LPS8N-AS923-TH ทำงานทดแนรุ่นเดิมได้ โดยปรับปรุง Firmware เป็นรุ่นใหม่ขึ้น รองรับฟังค์ชั่นการทำงานที่มากกว่าเดิม
เพื่อให้เข้าใจพื้นฐาน LoRa® หรือ LoRaWAN® ขอเกริ่นนำหลักการของ LoRaWAN® สักเล็กน้อย
การใช้งาน TheThingsNetwork มีตัวอุปกรณ์หลักๆ อยู่สองส่วนคือ End Nodes และ Concentrator หรือ Gateway ส่วน Network Server กับ Application Server จะเป็นซอฟท์แวร์
END Nodes
ตัว End Nodes เรียกสั้นๆ ว่า Node นั้นมักจะเป็นพวกบอร์ด MCU ที่เชื่อมต่ออยู่กับเซนเซอร์ต่างๆ ตัว MCU สามารถถูกโปรแกรมให้อ่านค่าจากเซนเซอร์ แล้วส่งเป็นคลื่น LoRa (คลื่น spread spectrum ชนิดหนึ่ง)
ตัว Concentrator หรือ Gateway ก็จะเป็นตัวรับคลื่นแล้วส่งต่อให้กับ Network Server ผ่านทางเครือข่าย Internet
จากรูปภาพด้านบน เช่น Node Pet Tracking ส่งข้อมูลออกอากาศ จะมี Gateway รับได้ตัวเดียว บาง Node จะมี gateway รับได้สอง หรือสามตัว ข้อมูลจาก gateway ที่รับได้จะถูกส่งต่อไปยัง Network Server ที่ Network Server จะรวบรวมข้อมูลจากหลายๆ gateway มาเป็นหนึ่งข้อมูล กรณีจะส่งข้อมูลสั่งงานกลับไปยัง Node จะส่งกลับไปยัง gateway ตัวใกล้ที่สุดกับ Node (ตัวที่ความเข้มสัญญาณตอนรับสูงสุด)
ต้ว End Node สามารถทำขึ้นมาง่ายๆ จากบอร์ด Arduino Pro Mini 3.3 V ร่วมกับ RFM95 (เป็น LoRa Radio Frequency) การเชื่อมต่อ จาก Arduino ไปยัง RFM95 เชื่อมแบบ SPI ในประเทศไทยกฎหมายอนุญาติ*ให้ทำใช้งานได้ โดยมีกำลังส่งไม่เกิน 50mW eirp** ช่วงความถี่ที่อนุญาติคือจาก 920–925Mhz.
*กฎหมายประกาศในราชกิจานุเบกษา — เครื่องวิทยุคมนาคมและสถานีวิทยุคมนาคมที่ได้รับการยกเว้นไม่ต้องได้รับใบอนุญาตตามพระราชบัญญัติวิทยุคมนาคม คลิก
**กรณีกำลังส่งเกิน 50mW eirp อุปกรณ์ต้องได้รับการรับรองว่าเป็นไปตาม มาตรฐานทางเทคนิคของ กสทช. เกี่ยวกับเครื่องโทรคมนาคมและอุปกรณ์สําหรับเครื่องวิทยุคมนาคมที่ไม่ใช่ประเภท RFID ซึ่งใช้คลื่นความถี่ย่าน 920–925MHz ดูรายละเอียดทางเทคนิคได้จาก คลิก
ตัว Arduino Pro Mini มีขนาดความจุเพียง 32k สำหรับการโปรแกรม ถ้าไม่เพียงพอ ก็สามารถเลือกใช้ MCU ตัวอื่น ได้ เช่น ESP32, ATMEGA1284, STM32F103C8T6 (Blue Pill) เป็นต้น ESP32 ที่มาค่อนข้างครบ ก็เป็นของ TTGO หรือ Heltec ซึ่งมีจอ OLED มาให้พร้อม ข้อเสียคือถ้าทำเป็น Node ก็จะเปลืองกระแสไฟมากขึ้น
นอกจากใช้ RFM95 หรือ SX1276 แล้วเรายังสามารถเลือกใช้ Node ที่เป็น SiP ซึ่งใช้ผ่าน AT Command ได้ ตัวอย่าง SiP ก็มี เช่น Murata, Microchip RN2903, RAK 811, Maxiiot 7612 หรือถ้าเป็นรุ่นที่จำหน่ายในประเทศคือ Maxiiot DL7612-AS923-TH เป็นต้น ดูรายละเอียดการใช้งาน Maxiiot DL7612-AS923-TH เบื้องต้นได้จาก ลิ้งค์
ยังมี node อีกกลุ่มหนึ่งซึ่งจะใช้บน Development Platform ซึ่งการพัฒนาโปแกรมจะต้องติดตั้ง Development Platform ที่กินเนื้อที่ฮาร์ดดิสก์ค่อนข้างมาก เช่น กลุ่ม mbed เป็นต้น ไว้ค่อยมาให้รายละเอียดทีหลัง
Node Class A,B,C
การทำงานของ Node แบบ LoRaWAN® แบ่งออกเป็น 3 แบบคือ Node Class A, Node Class B และ Node Class C
Class A ประหยัด Battery มากสุด Class B รองลงมา ส่วน Class C กิน Battery มากสุดเนื่องจากจะเปิดรอรับฟัง Downlink ตลอดหลังส่ง Uplink
หมายเหตุ Class A,B,C ของ LoRaWAN จะชื่อพ้องกับ Class A equipment หรือ อุปกรณ์ประเภท ก ที่กำหนดโดย กสทช.
และจะไม่เหมือนกับ IP Addess No. Class A, Class B, ClassC, Class D เช่นกัน
Join แบบ ABP หรือ OTAA
ตัว Node จะเชื่อมต่อเข้ากับระบบได้ต้องมีระหัสผ่าน ระบบระหัสผ่านมีให้เลือกสองแบบคือ ABP (Activation by Personalization) และ OTAA (Over-the-Air-Activation)
Gateway/Concentrator
เรียกสั้นๆ ว่า Gateway สามารถทำขึ้นใช้งานแบบ DIY ได้เอง เช่น ใช้ RPI กับ RFM95 ทำเป็นตัว Single Channel Gateway หรือใช้ ESP32 กับ RFM95 โดยมักสามารถ Standby รับความถี่ได้ความถี่เดียว SF เดียว
ตามรูปใช้ SF7 ระยะทางส่งก็จะได้ระยะประมาณ 2 กม. แต่หากเปลี่ยนไปใช้ SF12 ก็อาจได้ถึง 12 กม. หากไม่มีสิ่งกีดขวางระหว่าง Node กับ Gateway มากนัก การเพิ่มระยะทางการส่งไม่จำเป็นต้องเพิ่มกำลังส่ง แต่ให้เพิ่มช่วงเวลาการส่งให้นานขึ้นคือขยายเวลาการส่งให้กว้างขึ้น
การส่งคลื่น LoRa รูปคลื่นเป็นเส้นทะแยงมุมของกล่องสี่เหลี่ยมผืนผ้า มีความยาวด้านนึงเป็น Bandwidth อีกด้านหนึ่งคือระยะเวลา
การส่งคลื่นแบบ LoRa มีทั้ง Down Chirp และ Up Chirp
Gateway ดีๆ จะมีความไวในการรับสูง สามารถรับที่กำลังส่งต่ำกว่า Noise Floor หรือที่กำลังต่ำว่าคลื่นรบกวนในบรรยากาศ
วิธีการ Modulate หรือ Demodulate จะแตกต่างจากคลื่น FM, AM, SSB ทั่วๆ ไป
สามารถดูวิธีทำ Single Channel gateway ด้วย ESP32 หรือ ESP8266 ได้จาก https://github.com/things4u/ESP-1ch-Gateway-v5.0
หรือการทำ Single Channel Gateway จาก Raspberry Pi ได้จาก https://github.com/m2mlorawan/single_chan_pkt_fwd
แต่เนื่องจาก Single Channel Gateway มีข้อจำกัด คือ รับความถี่ใดความถี่หนึ่ง เช่น หากตั้งไว้ที่ 923.2Mhz ก็จะรับ Node ที่ความถี่อื่นไม่ได้ Node ที่ทำขึ้นตามมาตรฐาน จะต้องมีการ Hop ความถี่ ไม่ได้ ส่งที่ความถี่ช่องใดช่องหนึ่งตลอด
Single Channel Gateway ที่ทำจาก Raspberry Pi จะไม่สามารถให้บริการกับ Node ที่ใช้ระบบระหัสผ่านแบบ OTAA (OTAA: Over the air activation ABP: Activation by personalization) มักจะรองรับแต่ ABP
ข้อดีของ Multi Channel Gateway
1.ใช้กับ Node ที่ต้องการ Authen แบบ OTAA ได้ ส่วนใหญ่ Single Channel ที่ทำจาก Raspberry Pi จะรองรับเฉพาะ ABP
2.รอรับความถี่ 8 ช่อง และ SF8-SF12 พร้อมกัน Single Channel gateway จะตั้งค่าให้รับเฉพาะความถี่ใดความถี่หนึ่ง และ SF ใด SF หนึ่งเท่านั้น ตัว Multi Channel gateway จะรับได้ถึง 8 ช่อง x 5 SF=40 รูปแบบเลย โอกาศที่บางพื้นที่(หากมี Node จำนวนมาก) จะชนกันที่ความถี่ตรงกันและ SF ตรงกันก็น้อยลง
3.สามารถทำ Downlink ข้อมูลได้ สามารถส่งข้อมูลกลับจาก Dashboard หรือ Application Server หรือ TTN ไปยัง Node ดังนั้นสามารถนำไปใช้ควบคุมในงาน Control ได้ การสั่งกลับอาจจะสั่งแบบ Node เดี่ยวหรือสั่งแบบ Node กลุ่ม เช่น สั่งให้ไฟดับดวงใดดวงหนึ่ง หรือดับทั้งบ้านพร้อมกัน
4.รองรับ Node ได้หลายแบบมากขึ้น เช่น Class A, Class B, Class C
5.รองรับตัวลูกประมาณ 6,000 Node ต่อ 1 Gateway (เป็นการคำนวณโดยประมาณ ใช้โอกาศความน่าจะเป็นกับค่า Duty Cycle, ค่า Air time)
6.Multi Channel Gateway บางรุ่นสามารถตั้งค่าการใช้งานผ่าน Web Interface และเข้าไป Monitor ค่าต่างๆ ผ่าน เวปเพจได้
7. เลือก Back Haul เข้าสู่ Internet ได้หลายวิธี เช่น LAN, Wifi, 4G เป็นต้น
8. สามารถ Acknowledge Package ที่รับได้
ด้วยคุณสมบัติพิเศษดังกล่าวข้างต้นรองรับช่องหรือ SF ได้เทียบเท่า Single Channel gateway เกือบ 40 ตัว ซึ่งสามารถทำได้เนื่องจากความสามารถของ Chip Semtech เบอร์ SX1301 ทำให้ Multi Channel Gateway มีราคาค่อนข้างสูงมากในระยะที่ออกใหม่ แรกๆ ก็มักจะมีการทำขึ้นมาใช้งานแบบ DIY เช่น ทำขึ้นจาก Raspberry PI
ลอง Multi Channel Gateway ยี่ห้อ Dragino รุ่น LG308-AS923-TH-EC25
Multi Channel Gateway ที่จำหน่ายในประเทศไทยยี่ห้อ Dragino มีสองรุ่นคือรุ่นที่ใช้ 4G ได้ กับรุ่นที่ไม่มี 4G
โดย Gateway รุ่นนี้ได้ขึ้นทะเบียนกับ กสทช. หมายเลขใบรับรอง B69020–19 เมื่อวันที่ 14 พ.ย.2562
บนกล่องจะมี QR Code ตามข้อกำหนดของ กสทช. ที่ผู้ค้าต้องระบุให้ผู้ซื้อทราบว่าอุปกรณ์ในกล่องเป็นอุปกรณ์แบบไหน ซึ่งอุปกรณ์ gateway ตัวนี้จัดอยู่ใน แบบหรือ Type* ที่ผู้ใช้งาน ไม่ต้อง ขอใบอนุญาติ การมี การใช้ และไม่ต้องขอใบอนุญาติติดตั้งสถานี
*Gateway ตัวนี้กำลังออกอากาศมากกว่า 50mW แต่น้อยกว่า 500mW ซึ่งจะต้องผ่านเกณฑ์มาตรฐานของ กสทช. และจำเป็นต้องได้รับใบรับรองจาก กสทช. เป็น Sticker ตราครุฑ เมื่อตัวเครื่องได้รับการรับรองแล้วผู้ใช้งานก็ไม่ต้องดำเนินการขอใบอนุญาติอีก
** Gateway จะมาพร้อมกับ QR Code แบบที่ 2 ซึ่งผู้ซื้อ ไม่ต้องขอมี ขอใช้ หรือขอตั้งสถานี
มาแกะให้ดูกันว่ารุ่น 4 G มีอะไรบ้างครับ เปิดกล่องออกมาดูก็จะเห็น gateway และ ถุงใส่ Adapter 12V 1A แสดงว่า Gateway ตัวนี้กินไฟไม่มากในขณะใช้งาน (หากเป็น Gateway แบบ DIY ด้วย Raspberry Pi มักจะต้องใช้ Adapter ขนาด 2 A ขึ้นไป)
ลองยก Gateway ออกก็จะพบสายอากาศ 4G กับ สายอากาศ LoRa และ สาย LAN Cat5e ยาว 2 เมตร
ด้านล่าง Gateway ก็จะมี Sticker ระบุยี่ห้อและรุ่น ถ้าเป็นรุ่นที่นำเข้าผ่าน กสทช. จะเป็นโมเดล LG308-AS923-TH-EC25 และจะเห็น Sticker ตราครุฑ รับรองจาก กสทช.
ส่วนด้านหลังจะมีช่องเสียบ ไฟจาก Adapter ช่องเสียบ WAN, LAN ช่องเสียบสายอากาศ 4G และสายอากาศ LoRa มีช่อง USB และช่องใส่ Sim Card ของค่ายมือถือ โดยให้ใส่ Sim ด้านที่ไม่มีการตัดขอบเข้าด้านใน ตามรูป
ให้หมุนสายอากาศเข้าไปทั้งคู่ เสาสั้นสีขาวใช้กับช่อง LoRa ส่วนเสาสีดำเป็นเสา 4G และเสียบสายจาก Router Wifi ที่บ้านเข้าช่อง WAN
*ขั้ว SMA LoRa จะเป็นแบบตัวเมียมีรู ขั้ว SMA 4G จะเป็นแบบตัวผู้ มีเข็ม อย่าเสียบสลับกันถ้าเข็มชนกันจะทำให้เข็มหักได้
เสียบสายป้อนไฟก็จะเริ่มใช้งานได้
ปัจจุบัน Dragino ได้ Upgrade Firmware เป็น ตัวใหม่ สามารถเข้าไป Config ได้ตามคู่มือ LG308_LoRaWAN_Gateway_User_Manual_v1.3.0.pdf คลิก
จากการทดสอบ ในห้าง Central Plaza Westgate พบว่า Dragino LG303-AS923-TH-EC25 สามารถรับสัญญาณได้ดี โดยการทดสอบได้ติดตั้งไว้ที่หน้าร้าน B2S ผลการทดสอบ พบว่าใช้ Gateway เพียงจุดเดียวก็เพียงพอสำหรับสัญญาณจาก Node ทั่วทั้งห้างได้ รวมถึงพื้นที่จอดรถในห้างด้วย (SF7-SF12)
ได้มีการทดสอบอีกสถานที่หนึ่ง คือบนอาคารคอนโดสูง 30 ชั้น ริมหาดจอมเทียน พัทยา จ.ชลบุรี โดยการติดตั้ง Gateway ไว้ที่ระเบียงชั้น 27 ของคอนโด ก็สามารถรับ Node ที่กำลังส่ง 14dbm เสา 3 dbi SF12 ได้ทุกจุดภายในอาคาร รวมถึงรอบๆ ตัวอาคารด้วย ที่น่าทึ่งก็คือแม้กระทั่งบริเวณจุดจอดรถชั้นใต้ดิน B2 ซึ่งอยู่ใต้ระดับพื้นดินลงไป สองชั้น สัญญาณก็ยังขึ้นมาถึง Gateway ที่ชั้น 27 ( Packet ที่รับได้ประมาณ 50% อาจจะเป็นการวาง Gateway บนพื้นคอนกรีตแบบชั่วคราว หากเลือกตำแหน่งที่เหมาะกว่านี้คุณภาพในการรับน่าจะสมบูรณ์ขึ้น)
หมายเหตุ
กรณีเจอข้อความดังต่อไปในเมนู LogRead/LoRa Log ตัว Gateway ไม่ได้มีปัญหาแต่อย่างใด เป็นค่าข้อความเตือนสำหรับรุ่น Dragino LG02 โดยไม่ได้กระทบกับการทำงานกับรุ่น LG308-AS923-TH
ลองใช้ LoRaWAN-Basic Station
เข้าเมนู LoRaWAN และ LoRaWAN-Basic Station
ให้ป้อน Server URI แล้วคลิก Save&Apply
ตัวอย่างการ Config หน้า LoRaWAN
- ใช้งาน TTS V.3
2. ใช้งาน Chirpstack ติดตั้งบน Server IP 192.168.1.100
3.ทำเป็น Helium Data Only Gateway
สรุปส่งท้าย
เท่าที่ทดสอบการใช้งานมาระยะหนึ่ง นับเป็น Multi Channel Gateway ที่ดีและราคาไม่สูงมาก การติดตั้งใช้งานทำได้ง่าย ตัว Gateway อยู่ในกล่องสำเร็จรูปพร้อมใช้งานได้ทันที การเข้าไป Config ค่าต่างๆ ก็ทำได้ง่ายๆ ผ่าน WEB Interface แบบเดียวกับที่ใช้กับ Wifi Router ที่อยู่ตามบ้านทั่วๆไป อุณหภูมิขณะใช้งานก็แทบจะไม่รู้สึกว่าตัวเครื่องจะร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็น Gateway นำเข้าผ่านศุลกากรอย่างถูกต้อง พร้อมทั้งได้ Sticker รับการรับรองจาก กสทช. จึงเป็นโอกาศของผู้ที่ต้องการเข้าถึงเทคโนโลยี LoRaWAN® ที่ใช้สัญญาณคลื่นความถี่วิทยุแบบดิจิตอล สามารถสัมผัสเทคโนโลยีความสามารถสูงดังกล่าวได้ ในราคาที่ถือว่าไม่แพงครับ
