Dinge, die Sie über LoRa wissen müssen – Dinge, die Sie von uns sehen werden

Abstrakt

LoRa ist eine neue Lösung für drahtlose Weitverkehrsnetzwerke mit geringem Stromverbrauch im Internet der Dinge. LoRa-Chipsätze verbinden Sensoren mit der Cloud, Ermöglicht Echtzeit-Daten- und Analysekonnektivität, die zur Verbesserung von Effizienz und Produktion genutzt werden kann. LoRa-Geräte bieten intelligente IoT-Anwendungen, die einige der dringendsten Probleme unseres Planeten angehen, inklusive Energiemanagement, Erhaltung natürlicher Ressourcen, Kontrolle der Umweltverschmutzung, und Infrastruktureffizienz. Zum Beispiel, Die Outdoor-Industrieparks benötigen großflächige Konnektivität und müssen sich mit den Problemen der Kabelverlegung auseinandersetzen. Mit einem der Vorteile der LoRaWAN-Technologie, Es verfügt über ein großes Abdeckungsgebiet, gemessen in Kilometern, Dies reduziert die Kabeldichte und den Einsatz von IoT-Geräten. LoRaWAN-Gerät ist im Vergleich zu anderen Netzwerken äußerst kostengünstig, und Endgerätefunk sind ebenfalls günstig. LoRaWan kann in großem Umfang bei der Überwachung der Luftverschmutzung eingesetzt werden, Landwirtschaftliche Verarbeitung, Tierverfolgung, Branderkennung, Flottenverfolgung, Heimsicherheit, und industrielle Temperaturüberwachung.

Die offene LoRaWAN-Spezifikation ist eine Low-Power-Spezifikation, Weitverkehrsvernetzung (LPWAN) Standard basierend auf den LoRa-Geräten von Semtech, der unlizenzierte Funkwellen in der Industrie nutzt, Wissenschaftlich, und Medizin (ISM) Band. Die LoRa Alliance®, eine gemeinnützige Organisation und eine sich schnell entwickelnde Technologieallianz, ist verantwortlich für die Standardisierung und globale Harmonisierung des LoRaWAN-Standards. LoRaWAN-Standards bieten eine effiziente, flexibel, und kostengünstige Lösung für reale Probleme in ländlichen und Innenräumen, wo zellular, W-lan, Und Bluetooth Low Energy (BLE) Netzwerke entsprechen nicht dem Standard. LoRa-Geräte und der LoRaWAN-Standard ermöglichen vielfältige Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichen kritischen Bereichen, einschließlich intelligenter Landwirtschaft, Gebäude, Städte, die Umwelt, Gesundheitspflege, Gehäuse, Industrielle Steuerung, Lieferkette, und Logistik, Dienstprogramme, öffentliche Sicherheit und andere.

Was ist LPWAN und seine Geschwindigkeit??

LoRa™ ist eine Hochfrequenzmodulationstechnologie für LPWAN, Aber bevor wir diskutieren, was LoRa ist, Wir müssen über LPWAN reden. LPWAN (Low-Power-Wide-Area-Netzwerk), auch bekannt als LPWA (Low-Power-Wide-Area), oder LPN (Low-Power-Netzwerk, Low-Power-Netzwerk), ist ein batteriebetriebenes Sensor-IoT-Funknetzwerk, das mit niedrigen Bitraten über große Entfernungen kommunizieren kann. Geringer Strombedarf, niedrige Bitraten, und der Zeitpunkt der Nutzung können verwendet werden, um LPWANs von drahtlosen WANs zu unterscheiden, die darauf ausgelegt sind, Unternehmen oder Benutzer zu verbinden, und übertragen mehr Daten, verbrauchen aber auch mehr Strom. Die Übertragungsrate jedes LPWAN-Kanals ist relativ langsam, langsamer als Zigbee und NB-IoT, es liegt dazwischen 0.3 kbit/s und 50 kbit/s. Mit LPWAN kann ein privates drahtloses Sensornetzwerk aufgebaut werden, Es kann sich aber auch um einen Dienst oder eine Infrastruktur handeln, die von einem Dritten bereitgestellt wird, Dadurch können Sensorbesitzer Sensoren direkt einsetzen, ohne in den Bau von Gateway-Geräten investieren zu müssen.

Was ist LoRa??

LoRa ist ein von Semtech entwickeltes LPWAN-Protokoll, Bereitstellung von Fernkommunikation: bis zu 3 Meilen (5 Kilometer) in städtischen Gebieten und 10 Meilen (15 Kilometer) oder mehr in ländlichen Gebieten (Sichtlinie). Weitere LPWAN-Protokolle sind Sigfox und Weightless. LoRa basiert auf der Spread-Spectrum-Modulationstechnologie, die vom Chirp-Spread-Spectrum abgeleitet ist (CSS) Technologie. Es wurde ursprünglich von Cycleo in Grenoble entwickelt, Frankreich, und wurde später von Semtech übernommen, Gründungsmitglied der LoRa Alliance. Im Vergleich zu anderen IoT-Netzwerken, LoRa hat fünf Eigenschaften, große Reichweite, niedrige Datenraten, lange Akkulaufzeit, niedrige Kosten, und hohe Kapazität. Ein wesentliches Merkmal LoRa-basierter Lösungen ist der äußerst geringe Stromverbrauch, Dadurch können batteriebetriebene Geräte geschaffen werden, die eine Lebensdauer von bis zu 2 Jahren haben 10 Jahre. Netzwerke, die auf dem offenen LoRa-Protokoll basieren, werden in einer Sterntopologie eingesetzt und eignen sich ideal für Anwendungen, die eine weitreichende oder tiefe Kommunikation in Innenräumen zwischen vielen Geräten mit geringem Stromverbrauch und Geräten erfordern, die kleine Datenmengen sammeln.

Zu den Vorteilen von LoRa gehört unter anderem die große Reichweite, tiefe Innenabdeckung, Einfach zu skalierendes Sterntopologie-Design, lange Akkulaufzeit, hohe Kapazität, niedrige Kosten, genaue Positionierung im Innen- und Außenbereich, und verschlüsselte Sicherheit.

Unterschiede zwischen drei

LPWAN

LPWAN ist eine drahtlose Weitverkehrsnetzwerktechnologie, die Verbindungen mit geringer Bandbreite herstellt, batteriebetriebene IoT-Geräte mit niedrigen Bitraten über große Entfernungen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein LPWAN-Netzwerk aufzubauen, Aber LoRaWAN- und NB-IoT-Technologien verzeichneten das schnellste Wachstum und werden in den kommenden Jahren den höchsten LPWA-Marktanteil haben.

LoRaWAN

LoRaWAN spezifiziert das Kommunikationsprotokoll und die Systemarchitektur des Netzwerks, während die physikalische LoRa-Schicht Kommunikationsverbindungen über große Entfernungen ermöglicht. Das Protokoll und die Netzwerkarchitektur haben den größten Einfluss auf die Batterielebensdauer, Netzwerkkapazität, Servicequalität, Sicherheit, und das Anwendungsspektrum des Netzwerks.

LoRa

LoRa ist eine Funksignalübertragungstechnik, die Chirped verwendet, Multisymboldaten zur Informationsvermittlung. Im Wesentlichen, Dabei handelt es sich um gewöhnliche ISM-Band-Funkchips, die mithilfe von LoRa Funkfrequenzen in Bits umwandeln können (oder andere Modulationsarten wie FSK) ohne die Notwendigkeit einer Codierung. Bei der LoRa-Technologie handelt es sich um eine Technologie der physikalischen Schicht auf niedrigerer Ebene, die in einer Vielzahl anderer Anwendungen als der Weitverkehrskommunikation eingesetzt wird.

LoRaWAN-Netzwerkarchitektur

LoRaWAN definiert das Kommunikationsprotokoll und die Systemarchitektur. Die physikalische LoRa-Schicht unterstützt Kommunikationsverbindungen über große Entfernungen. Protokoll- und Netzwerkarchitekturpaar zur Bestimmung der Batterielebensdauer des Knotens, Netzwerkkapazität, Qualität der Dienstleistung, Sicherheit, sowie verschiedene Anwendungen von Webdiensten.

Das LoRaWAN-Spread-Spectrum-Modulationsverfahren ist eine Variante des Chirp-Spread-Spectrums. Die physikalische LoRaWAN-Schicht kann in Verbindung mit jeder MAC-Schicht verwendet werden; Jedoch, LoRa ist der derzeit vorgeschlagene MAC, der ein Netzwerk in einer einfachen Sterntopologie betreibt. Windows zu vorgegebenen Zeiten Gateway und Beacons werden verwendet, um die Uhrzeit von Endgeräten zu synchronisieren. Endgeräte mit maximalen Empfangsslots: Weil diese Knoten ständig zuhören, Sie sind für den Batteriebetrieb ungeeignet. In einigen Fällen, Sternnetzwerke mit einem leistungsstarken Gateway-Gerät mit eigener Stromversorgung sind eine Option.

In vielen bestehenden Netzwerken kommt eine Mesh-Netzwerkarchitektur zum Einsatz. Einzelne Endknoten in einem Mesh-Netzwerk übertragen Informationen von anderen Knoten, um die Kommunikationsreichweite und Zellengröße des Netzwerks zu erweitern. Dies verbessert zwar die Reichweite, es erhöht auch die Komplexität, begrenzt die Netzwerkkapazität, und verkürzt die Batterielebensdauer, da Knoten Daten von anderen Knoten empfangen und weiterleiten, die wahrscheinlich nichts mit ihnen zu tun haben. Wenn eine Konnektivität über große Entfernungen möglich ist, Das Sterndesign mit großer Reichweite ist für die Aufrechterhaltung der Batterielebensdauer am sinnvollsten.

Knoten in einem LoRaWAN-Netzwerk sind nicht mit einem einzelnen Gateway verbunden. Stattdessen, Von einem Knoten gesendete Daten werden normalerweise über mehrere Gateways empfangen. Durch einen Backhaul, Jedes Gateway leitet das empfangene Paket vom Endknoten an den Cloud-basierten Netzwerkserver weiter (entweder zellular, Ethernet, Satellit, oder WLAN).

Der Netzwerkserver erhält die Intelligenz und Komplexität und verwaltet das Netzwerk, Filtern redundanter empfangener Pakete, Sicherheitskontrollen durchführen, Planen von Bestätigungen über das beste Gateway, und Durchführen einer adaptiven Datenrate, unter anderem. Es ist keine Übergabe von Gateway zu Gateway erforderlich, wenn ein Knoten mobil ist oder sich bewegt, Dies ist ein entscheidendes Merkmal für Asset-Monitoring-Anwendungen – ein wichtiger Zielanwendungsbereich für IoT.

Batterieeffizienz und Stromverbrauch

Die Akkulaufzeit sieht in einem LoRaWAN-Netzwerk sehr vielversprechend aus. Seine Knoten sind asynchron, kommunizieren nur, wenn sie Daten zum Senden haben, ob ereignisgesteuert oder geplant. Als Aloha-Technik wird diese Art der Kommunikation bezeichnet. Die Knoten in einem Mesh-Netzwerk oder einem synchronen Netzwerk wie Mobilfunk müssen häufig „aufwachen“.’ um mit dem Netzwerk zu synchronisieren und nach Nachrichten zu suchen. Diese Synchronisierung verbraucht viel Energie und ist die Hauptursache für eine Verkürzung der Batterielebensdauer. In einer aktuellen GSMA-Untersuchung und einem Vergleich der verschiedenen Technologien für den LPWAN-Markt, LoRaWAN übertraf alle anderen Technologiealternativen um 3 Zu 5 mal.

Netzwerkkapazität

Die Netzwerkkapazität kann in einem LoRaWAN-Netzwerk sehr skalierbar und flexibel sein. Das Gateway muss in der Lage sein, Nachrichten von einer großen Anzahl von Knoten zu akzeptieren, damit ein Sternnetzwerk mit großer Reichweite möglich ist. In einem LoRaWAN-Netzwerk, Eine hohe Netzwerkkapazität wird durch die Verwendung adaptiver Datenraten und eines Mehrkanal-Multimodem-Transceivers im Gateway erreicht, Dies ermöglicht die gleichzeitige Nachrichtenübermittlung auf vielen Kanälen. Die Anzahl gleichzeitiger Kanäle, Datenrate (Zeit auf Sendung), Nutzlastlänge, und die Häufigkeit, mit der Knoten senden, umfassen alle wichtigen Elemente, die die Kapazität beeinflussen. Denn LoRa® ist eine Spread-Spectrum-Modulation, wenn unterschiedliche Spreading-Faktoren verwendet werden, die Signale sind nahezu orthogonal zueinander. Die effektive Datenrate variiert je nach Spreading-Faktor. Das Gateway nutzt diese Eigenschaft, indem es mehrere Datengeschwindigkeiten gleichzeitig auf demselben Kanal empfangen kann. Es ist nicht erforderlich, dass ein Knoten mit guter Anbindung und Nähe zu einem Gateway ständig die niedrigste Datenrate nutzt und das verfügbare Spektrum länger als nötig nutzt. Durch Erhöhung der Datenrate, die Zeit, die man in der Luft verbringt, wird reduziert, Dies ermöglicht mehr potenziellen Platz für die Übertragung anderer Knoten. Die adaptive Datenrate verlängert auch die Lebensdauer der Batterie eines Knotens. Damit die adaptive Datenrate funktioniert, sind ein symmetrischer Uplink und Downlink mit entsprechender Downlink-Kapazität erforderlich. Diese Eigenschaften ermöglichen einem LoRaWAN-Netzwerk einen hohen Durchsatz und machen es gleichzeitig skalierbar. Ein Netzwerk kann mit sehr wenig Ausrüstung aufgebaut werden, und wenn Kapazität benötigt wird, Weitere Gateways können hinzugefügt werden, Erhöhung der Datenraten, Minimierung des Mithörens anderer Gateways, und Erhöhung der Kapazität um das 6- bis 8-fache. Aufgrund technischer Kompromisse, die die Downlink-Bandbreite begrenzen oder dazu führen, dass die Downlink-Reichweite nicht mit der Uplink-Reichweite übereinstimmt, anderen LPWAN-Optionen fehlt die Skalierbarkeit von LoRaWAN.

Knotenklassen

Endgeräte werden für vielfältige Zwecke eingesetzt und haben unterschiedliche Anforderungen. LoRa nutzt mehrere Geräteklassen, um eine Reihe von Endanwendungseigenschaften zu optimieren. Die Geräteklassen gehen einen Kompromiss zwischen der Netzwerk-Downlink-Kommunikationslatenz und der Batterielebensdauer ein. Die Verzögerung der Downlink-Kommunikation ist bei Steuerungs- oder Aktuatoranwendungen von entscheidender Bedeutung.

Bidirektionale Endgeräte (Klasse A): Endgeräte der Klasse A bieten bidirektionale Kommunikation, wobei auf die Übertragung jedes End-Uplink-Geräts zwei Downlink-Übertragungen folgen. Die Empfangsfenster für Downlinks sind kurz. Der vom Endgerät geplante Übertragungsschlitz basiert auf seinen eigenen Kommunikationsanforderungen, mit einer kleinen Abweichung, abhängig von einer zufälligen Auswahl auf der Grundlage der Zeit (Protokoll vom Typ ALOHA). Dieses Verfahren der Klasse A verbraucht am wenigsten Strom. Endgerätsystem für Anwendungen, die nur eine Downlink-Kommunikation erfordern, unmittelbar nachdem das Endgerät eine Uplink-Übertragung zum Server-Downlink durchgeführt hat. Zu jeder anderen Zeit, Nachrichten vom Server müssen bis zum nächsten geplanten Uplink warten.

Bidirektionale Endgeräte mit geplanten Empfangsslots (Klasse B): Zusätzlich zu den zufälligen Empfangsfenstern der Klasse A, Geräte der Klasse B öffnen in vorgegebenen Zeiträumen zusätzliche Empfangsfenster. Das Endgerät erhält vom Gateway ein zeitsynchronisiertes Signal, um zum vorgegebenen Zeitpunkt sein Empfangsfenster zu öffnen. Dadurch wird der Server darüber informiert, wenn das Endgerät lauscht.

Endgeräte mit maximalen Empfangsslots in beide Richtungen (Klasse C): Endgeräte der Klasse C verfügen über praktisch ständig geöffnete Empfangsfenster, die nur während des Sendens geschlossen werden.

Sicherheit

Für jedes LPWAN ist die Integration von Sicherheit von entscheidender Bedeutung. LoRaWAN verfügt über zwei Sicherheitsebenen: eine für das Netzwerk und eine für die Anwendung. Die Netzwerksicherheitsebene stellt sicher, dass Knoten im Netzwerk legitim sind, wohingegen die Anwendungssicherheitsschicht sicherstellt, dass der Netzwerkbetreiber keinen Zugriff auf die Anwendungsdaten des Endbenutzers hat. Der Schlüsselaustausch erfolgt mittels AES-Verschlüsselung und einer festgelegten Identifikation. Jede Technologie hat Kompromisse, aber die LoRa-Eigenschaften im Netzwerkdesign, Geräteklassen, Sicherheit, Skalierbarkeit für Kapazität, und Mobilitätsoptimierung decken das breiteste Spektrum möglicher IoT-Anwendungen ab.

LoRa bleibt ein mächtiger Spieler

Gesamt, LoRa-Funkgeräte verfügen über größere Kommunikationsreichweiten als typische IoT-Funkgeräte und sind gleichzeitig energieeffizient. Außerdem, Diese Radios haben faszinierende Eigenschaften, unaufdringliche Übertragungen, Zum Beispiel. Wie bereits gesagt, wie gesehen, LoRa-Funkgeräte können in einem größeren Netzwerk eingesetzt werden, das mehrere Layouts verwendet. Infolge, Die Lösung von LoRa ist eine interessante Wahl für die Erstellung gängiger IoT-Apps. Es bietet eine sehr wettbewerbsfähige Lösung mit vielen Vorteilen, die eine vielversprechende Zukunft ebnet.

Minew wird das Produktportfolio der LoRaWAN-Technologie auf den Markt bringen

IoT expandiert weiter und wird immer beliebter. Minen, der führende Entwickler und Hersteller intelligenter IoT-Geräte, widmet sich weiteren kreativen Möglichkeiten im neuen Bereich, um unser Produktportfolio mit verschiedenen Netzwerken zu bereichern. Minew arbeitet derzeit an LoRa- und Bluetooth-Produkten, die sich in der Entwicklungsphase befinden. Technische Bedingungen müssen noch bestätigt und bekannt gegeben werden, Jedoch, Es wird höchstwahrscheinlich in Kartenform oder auf andere Weise veröffentlicht. Sie können eine Ankündigung von uns erwarten. Mit Unterstützung von LoRa und Bluetooth, Es vereint das Beste aus zwei Welten, Bereitstellung einer noch nie dagewesenen Möglichkeit. Die Leistung dürfte vielversprechend sein. Bleiben Sie dran, es folgen bald weitere Neuigkeiten.