Qu'est-ce que LoRaWAN? Tout ce que vous devez savoir sur LoRaWAN pour les solutions IoT

Mines Octobre. 25. 2024
Table des matières

    Introduction

    Alors que les industries recherchent des solutions économiques avec une portée étendue et un support de dispositif, une connectivité qui remplit ces conditions est devenue une nécessité. Une telle demande a conduit à l’émergence du LPWAN (Réseau étendu à faible consommation) et la technologie LoRaWAN. LoRaWAN est un réseau étendu à faible consommation (LPWAN) Protocole visant à permettre aux appareils de connecter sans fil sur les grandes distances à Internet. Ses principales caractéristiques - couverture longue distance et utilisation minimale d'énergie - sont bien adaptées aux exigences de communication sans fil de Appareils IoT qui sont essentiellement opérés de la batterie.

    what is lorawan

    Qu'est-ce que LoRaWAN?

    Lorawan est un type de technologie de communication sans fil qui tombe sous l'égide de LPWAN (Réseau étendu à faible consommation). Cela signifie qu'il est conçu pour utiliser une puissance minimale tout en permettant une transmission à longue portée, Le faire idéal pour les applications IoT à grande échelle. Essentiellement, Lorawan utilise la technologie de modulation LORA, qui est un moyen spécifique de mettre en œuvre LPWAN.

    LoRa, à la base, est une technique de modulation au niveau de la couche physique qui utilise le spectre de propagation du gazouillis (CSS) Technologie pour coder les informations. Il spécifie divers paramètres de communication, y compris la bande passante, fréquence de transmission, taux de codage, et facteur d'étalement. Building sur Lora, La technologie Lorawan définit le protocole de communication entre les appareils de nœuds finaux IoT et le réseau passerelles, aider à connecter de manière transparente les appareils à Internet.

    Cours de Lorawan

    Classe A

    La classe A fonctionne comme un système asynchrone où les nœuds d'extrémité peuvent diffuser des messages à la passerelle chaque fois que nécessaire, puis entrez un état inactif jusqu'à la transmission suivante. Cette configuration utilise efficacement les plages horaires dans un système multicanal

    Classe B

    Une méthode pour envoyer des messages aux nœuds alimentés par batterie, où la passerelle émet une balise chaque 128 secondes. Cette balise permet à toutes les stations de base de Lorawan de synchroniser leur temps en utilisant des signaux satellites GPS.

    Classe C

    Permet aux nœuds d'écouter et de transmettre constamment des messages de liaison descendante à tout moment. Cette classe est généralement utilisée dans les applications alimentées par CA, car elle demande une énergie considérable pour maintenir le nœud pleinement actif et le récepteur toujours opérationnel.

    Comment fonctionne Lorawan

    La modulation LORA code pour les données dans les signaux sans fil à l'aide d'une technique appelée spectre d'écart de chirp. En augmentant le taux de modulation de fréquence linéaire, Le signal se propage sur plusieurs gammes de fréquences, lui permettant de parcourir de plus longues distances sans trop d'interférence. Lora utilise une modulation propriétaire de spectre à propagation basée sur cette technologie de gazouillis. Par exemple, Les dispositifs proches de la passerelle utilisent un facteur de propagation inférieur pour transmettre des données rapidement en raison de leur proximité, tandis que les appareils plus éloignés utilisent un facteur de propagation plus élevé pour étendre la plage de signal, Même si cela ralentit la vitesse de transmission.

    Appareils IoT (tel que capteurs) Dans le réseau Lorawan, collectez des données périodiquement ou à la demande. Ces appareils utilisent le module LORA intégré et la technologie de modulation LORA pour transmettre sans fil les données collectées à une passerelle Lorawan à proximité, qui télécharge ensuite les données sur le serveur réseau Lorawan. Après déduplication et vérification des données, et le traitement de fonctions telles que la vérification d'accès au réseau de périphériques et l'authentification de l'identité, Les données seront transmises au serveur d'applications, qui est généralement un système personnalisé par l'utilisateur, Pour faciliter l'analyse et le stockage des données reçues, et faire un traitement correspondant tel que le début des alarmes et la génération de rapports.

    Caractéristiques clés et avantages de Lorawan

    Longue portée et Couverture:

    La technologie de modulation LORA sous Lorawan autorise la plage de transmission de plusieurs kilomètres, jusqu'à des dizaines de kilomètres. Dans la plupart des cas, Lorawan réalise 2-5 gamme de km dans une ville mais dans la zone rurale ouverte, elle peut aller au-delà de 15 km.

    Faible consommation d'énergie:

    L'utilisation de Systems Lorawan est accompagnée d'une faible consommation d'énergie, donc rendre ces systèmes préférables pour les appareils à faible puissance ou à batterie. Cela implique que ces appareils ne nécessitent pas de batteries de remplacement après tous les quelques mois pendant des années, Une fonctionnalité importante pour les capteurs de surveillance à distance et les trackers d'actifs situés dans des zones difficiles d'accès.

    Évolutivité:

    Une seule passerelle Lorawan est capable de gérer simultanément des milliers d'appareils, soutenant ainsi de vastes connexions. En utilisant le débit de données adaptatif (ADR) fonction, Lorawan Network également connu sous le nom de gestion des ressources du réseau à faible puissance est destinée à la communication entre les appareils de manière plus efficace.

    Matériel de rentabilité:

    Démarrer un réseau Lorawan est un faible coût car il ne nécessite pas de nombreuses installations. L'infrastructure open source et les ressources logicielles rendent plus écomonique.

    Connectivité mondiale:

    Lorawan est ouvert à chaque utilisateur comme indiqué par la Lorawan Alliance. Les appareils et les réseaux peuvent fonctionner en harmonie sans avoir besoin d'un fournisseur commun, Offrant ainsi une meilleure intégration de l'industrie de la marque et de la croix, et plus de possibilités pour les appliquer.

    Cas d'utilisation courants de Lorawan

    1. Ville intelligente

    La technologie Lorawan peut aider à connecter les différents appareils IoT, capteurs, compteurs intelligents et autres appareils présents dans les villes intelligentes en fournissant un réseau à grande surface. Les appareils IoT et le réseau peuvent être incorporés dans l'infrastructure existante des villes d'une manière qui facilite l'automatisation des processus et la supervision et le contrôle des systèmes qui entraînent à son tour une baisse des coûts opérationnels. Voici quelques idées qui peuvent être exécutées dans des villes intelligentes:

    • Éclairage de rue intelligent: Contrôle, Gérer et surveiller les lampes de rue de la ville à partir d'un large réseau de Lorawan avec la capacité de réguler la luminosité en fonction de la circulation et de l'éclairage externe pour réduire les coûts énergétiques.
    • Gestion du stationnement: Les capteurs Lorawan suivent l'occupation des espaces de stationnement et informe les conducteurs la disponibilité des places de stationnement, assouplissant ainsi les problèmes de stationnement et la circulation.
    • Surveillance de la qualité de l'air: Emploie des capteurs Lorawan pour surveiller la concentration de divers polluants dans l'atmosphère à travers la ville dans le but de contrôler la pollution.

    lorawan in smart city

    2. L'agriculture intelligente et ses outils modernes

    Les opérations agricoles adaptent l'utilisation des applications IoT et Lorawan en plein air dans les domaines spécifiques de l'agriculture intelligente. Utilisation du réseau Lorawan, capteurs qui communiquent en temps réel toutes les données impliquant la culture, élevage, équipement, environnement physique, etc., Permettre à l'agriculteur d'apporter des changements appropriés dans les niveaux de production et, en tant que tels, améliore la qualité de la production.

    3. Internet industriel des objets

    La technologie Lorawan est également constituée efficacement dans les contextes opérationnels industriels. Surveillance automatisée, sécurité, et la gestion des actifs permettent des réponses plus rapides des opérateurs. L'arène logistique et entrepôts intelligents par exemple, Les réseaux de Lorawan sont meilleurs qu'auparavant en offrant une couverture plus large et des connexions moins interférées.

    4. Utilitaires et mesure intelligente

    Compteurs intelligents (pour l'électricité, eau, etc.) Activer la surveillance à distance et en temps réel, réduire les erreurs et améliorer l'efficacité.

    5. Soins de santé et portables

    Les vêtements de santé basés à Lorawan sont conçus pour surveiller continuellement et de manière fiable les patients dans les hôpitaux, résidents des soins aux personnes âgées, ou quiconque a besoin d'une surveillance en temps réel des signes vitaux.

    Architecture réseau LoRaWAN

    1. Réseaux publics et privés Lorawan

    Un réseau public Lorawan est un réseau Lorawan appartenant à un tiers, principalement un opérateur de télécommunications ou un fournisseur de services réseau, qui dépense des frais des utilisateurs de connexion des appareils au réseau. Un réseau privé de Lorawan est un réseau qu'un individu et ou une entreprise construit et exploite et principalement, contrôlé par eux, et souvent géographiquement limité dans la zone. Ce type de connectivité a souvent de meilleures provisions de sécurité des données et de confidentialité.

    2. Modèles hybrides

    Les principes d'un Lorawan privé et public peuvent être regroupés de telle sorte que les besoins de réconfort de l'utilisateur dans un réseau privé et une couverture sont satisfaits via un réseau public mais plus sécurisé. Les utilisateurs peuvent choisir le réseau public ou le réseau privé et même les deux en même temps en fonction de la situation.

    3. Déploiement de réseau

    Évaluer la couverture de la zone, Débit de données réalisable et puissance électrique dépensée par les réseaux de Lorawan, sur une portée dictée par les exigences du projet. Après avoir établi le nombre de passerelles nécessaires dans la zone de couverture et les sites de déploiement, Construisez la topologie du réseau (Typiquement une topologie Star-of-Stars). Choisissez et montez les points d'accès Lorawan appropriés et autres appareils. Une fois le déploiement matériel terminé, Définissez les paramètres des passerelles, Configurer le serveur réseau, et commencer les tests et la vérification. Une fois le déploiement du projet accompli, Effectuer régulièrement la surveillance et l'entretien de l'équipement.

    Caractéristiques de sécurité de Lorawan

    Cryptage de bout en bout

    Le cryptage de bout en bout protège toute la transmission du périphérique vers le serveur d'applications. Il a généralement deux couches de mécanisme de chiffrement, Le cryptage de couche réseau de Lorawan et le cryptage de la couche d'application. Les deux techniques de chiffrement ci-dessus produisent deux clés différentes Nwkskey et Appskey. Cela signifie que toutes les informations seront cryptées tout en étant transmis à partir du moment où l'appareil envoie des données jusqu'à ce que les données atteignent le serveur d'applications. Donc, Même si la passerelle ou le fournisseur de services réseau intermédiaire reçoit le paquet de données, Ils ne pourront pas voir ou modifier les données.

    lorawan security features

    Authentification de l'appareil

    Lorawan exploite un mécanisme d'authentification de l'appareil très strict afin de ne pas autoriser des appareils non autorisés dans le réseau. Rejoindre le réseau Lorawan a deux approches principales.

    Otaa (Activation en direct)

    Cette option est la plus sûre de toutes les attaques. Chaque fois que, Un appareil se connecte à un réseau Lorawan, Une nouvelle paire de clés (Une clé de session réseau NWKSKEY et une session d'application Key AppsKey) est formulé. Ces clés sont créées sur la base du Deveui de l'appareil et de l'Appkey. Utilisation d'OTAA, Chaque fois qu'un appareil se connecte au réseau, L'identité de l'appareil est vérifiée, Et de cette manière, Il est confirmé qu'aucun appareil voyou n'est autorisé sur le réseau.

    ABP (Activation par personnalisation)

    Dans cette technique, Les clés de l'appareil sont prêtes avant le déploiement de l'appareil. ABP ne nécessite pas que les clés soient générées à nouveau mais fixe et incapable de modifier les limites de la sécurité offerte le rend inférieur à l'OTAA.

    Peu importe si c'est OTAA ou ABP, Les mécanismes d'authentification de l'appareil de Lorawan empêchent toute communication indésirable dans le réseau à partir d'appareils non authentifiés.

    Gestion clé

    Le chiffrement est utilisé dans toutes les interactions entre les appareils et les serveurs et ces processus de chiffrement sont implémentés à l'aide de différentes clés. Il existe principalement trois caractéristiques de gestion clés utilisées par Lorawan Network.

    • Appkey est utilisé dans la génération de clés de session dans un processus OTAA. Lorsqu'un appareil utilisateur rejoint d'abord le réseau, Cette clé aide à créer une clé de session réseau et une clé de session d'application.
    • NWKSKE est la clé qui aide à chiffrer les données de communication entre les appareils et les serveurs réseau.
    • AppsKey est la clé qui crypte les données d'application entre les appareils et les serveurs d'application.

    Il convient de noter que la gestion clé de Lorawan doit répondre aux exigences suivantes:

    • Unicité: Chaque appareil a sa propre clé qui n'est pas la même avec d'autres appareils, donc la communication de l'appareil ne sera pas interférée par d'autres appareils.
    • Mise à jour clé: Le mécanisme OTAA aide les appareils à créer de nouvelles clés chaque fois qu'ils rejoignent un nouveau réseau, ce qui minimise les risques posés par l'utilisation de clés statiques pendant des périodes prolongées.
    • Sécurité du stockage clé: Appareils, Les passerelles et les serveurs devraient protéger ces clés efficacement parce qu'un attaquant peut souhaiter obtenir ces clés pour décrypter les informations transmises.

    Lorawan Vs.. Autres protocoles IoT

    Lorawan Vs.. NB-IoT

    Couverture: Lorawan propose une plage de communication étendue, Ainsi le plus avantageux dans les régions rurales ou de l'Outback où la gamme peut être 15 kilomètres. En revanche, NB-iot a un rayon de couverture limité d'environ 10 kilomètres mais est plus efficace dans les villes et les environnements avec de nombreuses structures.

    Consommation d'énergie: La consommation d'énergie de Lorawan est assez faible, donc les batteries de dispositifs peuvent durer un certain nombre d'années, ce qui est idéal pour le placement de ces appareils pendant de longues périodes. NB-IOT est également significativement économe en énergie, mais sa durée de vie de la batterie est plus courte en raison de la quantité de données transmise.

    Scénarios d'application: En raison de la transmission de données à longue portée et faible, Lorawan s'adapte bien aux cas d'utilisation des applications telles que l'agriculture intelligente, Surveillance environnementale et bien d'autres. D'un autre côté, NB IoT est plus applicable dans les cas où le volume de données est intensif et la pénétration du signal est profonde comme les compteurs intelligents et les solutions de ville intelligente.

    Lorawan Vs.. Wi-Fi / Bluetooth

    Gamme: La distance de communication via Lorawan peut se heurter à plusieurs kilomètres tandis que celle du Wi-Fi et du Bluetooth se situe entre quelques mètres à environ cent mètres au maximum.

    Durabilité de la batterie: En raison de la faible puissance de transmission et d'un très faible volume de données transmis par Lorawan, La batterie du dispositif de travail peut être suffisamment longue pour résister à plusieurs années d'utilisation active. Au contraire, Les appareils qui utilisent les technologies Wi-Fi et Bluetooth comprennent plus de consommation d'énergie et les appareils doivent donc être facturés ou remplacés dans un délai.

    Débit de données: Lorawan est conçu pour une faible transmission du débit de données et son débit est limité à seulement quelques paquets de données même lorsque la latence n'est pas un problème, Alors que les technologies Wi-Fi et Bluetooth atteignent un débit de données plus élevé et peuvent donc être appliquées dans des contextes où des volumes élevés de données sont transmis.

    Choisir les bons produits et solutions Lorawan

    Comprendre vos besoins:

    Afin de récolter le maximum des avantages du déploiement d'une infrastructure de Lorawan, Les considérations suivantes doivent être prises en compte.

    • Gamme: Bien que Lorawan puisse prendre en charge la couverture sans fil sur une longue portée, La qualité du signal est limitée par le terrain géographique et les bâtiments. Il serait important de considérer le site de déploiement spécifique et de planifier la disposition de la passerelle.
    • Vie de la batterie: Pensez à combien de temps vous vous attendez à ce que votre appareil Lorawan fonctionne et choisit un appareil dont la consommation de durée de vie de la batterie et la consommation de fonctionnement semble être correct.
    • Débit de données: Déterminez si vous êtes intéressé par la transmission de données simple et peu fréquente ou le contraire, Beaucoup de données transmises fréquemment. Lorawan est conçu pour être utilisé dans des environnements où la transmission des données n'est pas si élevée.
    • Approche rentable: Il y a un avantage très important pour le réseau Lorawan lorsqu'il est déployé sur une large zone géographique. D'autre part, en fonction de la taille du projet et des entrées du projet telles que le coût de l'équipement, Coût des passerelles et de la maintenance du réseau, Sélectionnez la bonne option.
    • Évolutivité: Si votre initiative prévoit un large éventail de connectivité de l'appareil, ou vous préférez mettre en place facilement la connectivité des périphériques dans les années à venir, alors Lorawan est l'option la plus appropriée.

    Types d'appareils Lorawan:

    Les appareils Lorawan se présentent sous diverses formes telles que les passerelles, capteurs, Mots clés, modules, etc.. Le dernier Capteur de température et d'humidité de Lorawan® MST01 par mienw, utilise la technologie Lorawan pour aller au-delà des contraintes posées par la zone de couverture avec des capteurs traditionnels et encore réduire la consommation d'énergie de l'appareil. Ce capteur est d'une grande importance dans la gestion des systèmes de logistique et de transport de l'entrepôt intelligent.

    lorawan device

    Top vendeurs de Lorawan:

    Plus de fournisseurs de l'industrie IoT proposent des produits et des solutions de Lorawan. Mines est l'une des principales sociétés de ce domaine, spécialisé dans les solutions matérielles IoT et se vanter 200 brevets et certificats d'originalité. Vous pouvez travailler avec Minew pour créer une solution matérielle IoT sur mesure à vos exigences.

    L'avenir de Lorawan

    1. Applications émergentes: Avec l'amélioration de la communication par satellite, Lorawan peut utiliser la surveillance des capteurs dans des applications telles que la détection de la fumée dans les zones forestières non visibles ou la détection de température sur les bouées océaniques, etc.. Les données provenant des capteurs Lorawan à mesure que les interactions se produisent, Les villes intelligentes pourront mettre en œuvre des stratégies de gestion des transports efficaces.

    2. Lorawan et 5G: Les solutions pour l'automatisation industrielle incorporent la 5G pour permettre le fonctionnement à distance de l'équipement à l'aide de données de capteurs Lorawan.

    3. Lorawan dans l'écosystème mondial de l'IoT: Le marché des applications de la technologie Lorawan montre une croissance spectaculaire. Il est prévu que par 2030 Le marché mondial de Lora et Lorawan IoT s'étendra à 48,4 milliards de dollars, avec un taux de croissance du marché de 36.8% Pendant la période de prévision. Le marché IoT apprécie en effet la technologie en raison de ses très nombreux avantages.

    lorawan in global IoT ecosystem

    Conclusion: Lorawan est-il juste pour toi?

    Les avantages de la technologie Lorawan sont clairs. Ce n'est plus une nécessité de déployer densément les passerelles pour recevoir des signaux des appareils éloignés. Lorawan est en mesure de gérer facilement les exigences de votre projet et à des dépenses très raisonnables. Propulsé par le réseau Lorawan, Vous pouvez également accéder facilement aux données pour vous aider à prendre des décisions stratégiques qui amélioreront la productivité globale du projet et de l'entreprise. Sur le marché IoT, Le volume de produits et de services spécialisés basés sur la technologie Lorawan augmente régulièrement

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