隨著工業物聯網 （IIoT） 的不斷擴張，用于連接不同系統的網絡技術類型也在不斷增加。對于有線網絡，以太網（及其工業以太網變體）是最常見的接口，因為它用途廣泛，可以運行多種不同的協議。在無線高速數據方面，Wi-Fi 已經成為快速可靠的聯網標準，而藍牙則用于一些傳感器并用來配置設備。

　　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，因為需要在整個設施中部署更多的接入點或匯聚點，才能防止設備丟失無線連接。

　　本文說明了為什么有必要在已經具有 Wi-Fi 和藍牙的工業自動化設施中添加 LoRaWAN 傳感器連接。文中將探討 LoRaWAN 在老式建筑和傳統環境中的優勢，而為實現工業自動化和方便樓宇管理，這些環境必須進行改造。然后，本文還將介紹來自 Multi-Tech Systems 的兩款 LoRaWAN 網關，這些網關可以輕松管理 Wi-Fi 數據網絡、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，一些傳統建筑物也需要部署 IIoT 網絡。然而，在這些老式建筑的建造年代，沒有人會關注無線數據傳輸的問題。墻壁、地板和天花板通常采用鋼絲網、鋼筋和重型鋼梁加固，而這會有效地阻擋高頻無線電信號，從而阻止對某些設備的網絡訪問。

　　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議帶來了問題。若要診斷這些時斷時續的邊界連接情況，可謂是網絡技術人員的噩夢。

　　因此，這些建筑物可能需要在設施中增加額外的路由器、網絡交換機和網關。這不僅會增加網絡的復雜性，還會增加成本、維護和互操作性問題。

　　對于位置可能距網關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（例如環境傳感器）并不需要通過高速無線網絡持續傳輸其狀態，并且可以輕松使用 sub-GHz 頻率，因而不存在任何網絡瓶頸或爭用條件。

　　對于這些情況，sub-GHz 低功耗 LoRaWAN 無線協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。該技術面向不需要持續數據連接的低功耗、低數據速率傳感器。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，如果工業設施使用 Wi-Fi、藍牙和 LoRaWAN，則必須以確保可靠性和互操作性的方式集成所有三種協議，同時降低維護成本，這一點很重要。

　　IIoT LoRaWAN 配置

　　通常，Wi-Fi 信號通過網絡交換機或路由器連接到工業設施的中央集線器，而網絡交換機或路由器通過有線以太網轉換數據。這種轉換相對容易，因為 Wi-Fi 和以太網是兼容協議。但是，LoRaWAN 與以太網不兼容，因此不能簡單地傳遞數據。為了使 LoRaWAN 數據到達中央集線器，必須首先通過兼容的網關接收無線 LoRaWAN 數據。兼容 LoRaWAN 的網關配置為通過回程連接將數據轉發到運行 LoRaWAN 網絡服務器 （LNS） 應用程序的 Windows 或 Linux 中央集線器。LNS 會處理數據，并通過該應用軟件可用的應用編程接口 （API），將其暴露給集線器的操作系統。

　　Multi-Tech Systems 的 MTCDT-247A-915-US-EU-GB 多協議網關是一款專為堅固的工業設施設計的 LoRaWAN 多協議網關。該網關面向工業環境，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，無法在其他地區使用。MTCDT-247A-915-US-EU-GB 支持 Wi-Fi、藍牙和 LoRaWAN。

　　該 Conduit 網關支持美國 915 MHz 頻段的 LoRaWAN 網絡。它使用基于瀏覽器的界面來配置 LoRaWAN 數據包轉發器以指向 LNS。工業設施內的 LoRaWAN 傳感器可以輕松連接到上百米外的 Conduit 網關，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，建議至少設置兩個 LoRaWAN 網關以確保全面覆蓋。當需要從兩個或多個 Conduit 網關接收相同的數據包時，LNS 應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 協議，MTCDT-247A-915-US-EU-GB 可以為工業設施提供 2.45 GHz 和 5 GHz 的 Wi-Fi 接入點。該網關附帶了 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備。對于常開型高數據速率藍牙設備，支持的是經典藍牙。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備，支持低功耗藍牙 4.1。

　　背面的 RJ45 插孔提供到主服務器的有線 10/100BaseT 以太網網絡連接和回程。

　　MTCDT-247A-915-US-EU-GB 還支持全球導航衛星系統 （GNSS）。這可以用于全球定位，但更重要的是，GNSS 為 LoRaWAN 數據包時間戳提供了準確的時基，這是 LoRaWAN 標準的要求，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關中，為所有三種無線協議提供了一個集中維護點，并簡化了網絡連接。該網關的設計能使這三種協議不會相互干擾。

　　為了在歐盟使用，Multi-Tech Systems 提供了 MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 網關，該網關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。為了在最新蜂窩網絡標準未覆蓋的區域實現經濟高效的操作，該網關還可以通過 3G-HSPA+ 和 2G-GPRS 網絡發送數據。Multi-Tech Systems 提供的規格顯示，此網關與所有歐盟蜂窩網絡兼容。

　　MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 提供與大多數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 天線和兩根蜂窩網絡天線。

　　為了通過 4G-LTE 網絡將 LoRaWAN 數據發送到 LNS，每個網關都需要標準 SIM 卡，其中包含無線網絡、電話號碼和用戶信息。

　　MTCDT-L4E1-247A-868-EU-GB 在設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，網關應放置于未經授權用戶無法接觸的上鎖位置。請務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 網關帶有一個 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 網關都需要從手機網絡運營商處購買 SIM 卡及適當的流量套餐。

　　Multi-Tech Systems Conduit 網關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絡，從而節省了時間，并提高了可靠性。此外，還消除了使用單獨的路由器和網關時可能發生的沖突。

　　總結

　　隨著工廠和車間不斷采用 IIoT，無線網絡對于工業自動化越來越有用。對于這些應用，目前已經有豐富的設備生態系統，來支持通常工作在不同頻段下的各種應用，實現 Wi-Fi 和藍牙連接。如上所述，在已經配備 Wi-Fi 和藍牙的工業自動化設施中添加在 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施尤其如此。若使用一個支持所有這些協議的網關，則可以節省時間和配置成本，同時提高兼容性和可靠性。