introduzione
Mentre le industrie cercano soluzioni economiche con portata estesa e supporto del dispositivo, la connettività che soddisfa queste condizioni è diventata una necessità. Tale richiesta ha portato alla nascita della LPWAN (Rete geografica a basso consumo) e la tecnologia LoRaWAN. LoRaWAN è una rete geografica a basso consumo (LPWAN) Protocollo volto a consentire ai dispositivi di connettersi in modalità wireless sulle grandi distanze su Internet. Le sue caratteristiche principali - copertura a lunga distanza e uso minimo di energia - sono adatte ai requisiti di comunicazione wireless di Dispositivi IoT che sono fondamentalmente azionati a batteria.
Cos'è LoRaWAN?
Lorawan è un tipo di tecnologia di comunicazione wireless che rientra nell'ombrello di LPWAN (Rete area a bassa potenza). Ciò significa che è progettato per utilizzare una potenza minima consentendo la trasmissione a lungo raggio, rendendolo ideale per applicazioni IoT su larga scala. Essenzialmente, Lorawan utilizza la tecnologia di modulazione Lora, che è un modo specifico per implementare LPWAN.
LoRa, al centro, è una tecnica di modulazione allo strato fisico che impiega CHIRP SPROGG SPETRUM (CSS) tecnologia per codificare le informazioni. Specifica varie impostazioni di comunicazione, compresa la larghezza di banda, frequenza di trasmissione, tasso di codifica, e fattore di diffusione. Costruire su Lora, La tecnologia Lorawan definisce il protocollo per la comunicazione tra i dispositivi del nodo finale dell'IoT e la rete gateway, Aiutare a connettere senza soluzione di continuità i dispositivi a Internet.
Lezioni di Lorawan
Classe A
La classe A opera come un sistema asincrono in cui i nodi finali possono trasmettere messaggi sul gateway ogni volta che è necessario e quindi immettere uno stato inattivo fino alla trasmissione successiva. Questa configurazione utilizza in modo efficiente le fasce di tempo in un sistema multicanale
Classe B
Un metodo per inviare messaggi ai nodi alimentati a batteria, dove il gateway emette un faro ogni 128 secondi. Questo faro consente a tutte le stazioni base di Lorawan di sincronizzare il loro tempo usando segnali satellitari GPS.
Classe C
Consente ai nodi di ascoltare e trasmettere costantemente i messaggi di downlink in qualsiasi momento. Questa classe viene solitamente impiegata in applicazioni alimentate da AC poiché richiede una considerevole energia per mantenere il nodo completamente attivo e il ricevitore è sempre operativo.
Come funziona Lorawan
La modulazione Lora codifica i dati in segnali wireless utilizzando una tecnica chiamata CHIRP SPARES SPECT. Aumentando il tasso di modulazione della frequenza lineare, Il segnale si diffonde su intervalli di frequenza multipla, permettendogli di percorrere distanze più lunghe senza troppe interferenze. Lora impiega una modulazione proprietaria di spettro basato su questa tecnologia CHIRP. Ad esempio, I dispositivi vicini al gateway utilizzano un fattore di diffusione inferiore per trasmettere rapidamente i dati a causa della loro vicinanza, mentre i dispositivi più lontani usano un fattore di diffusione più elevato per estendere l'intervallo di segnale, Anche se questo rallenta la velocità di trasmissione.
Dispositivi IoT (ad esempio sensori) Nella rete Lorawan raccogli i dati periodicamente o su richiesta. Questi dispositivi utilizzano il modulo Lora integrato e la tecnologia di modulazione Lora per trasmettere wirelessmente i dati raccolti a un vicino Gateway Lorawan, che quindi carica i dati sul server di rete Lorawan. Dopo la deduplicazione e la verifica dei dati, e l'elaborazione di funzioni come la verifica dell'accesso alla rete dei dispositivi e l'autenticazione dell'identità, I dati verranno inoltrati al server delle applicazioni, che di solito è un sistema uefominato dall'utente, Per facilitare l'analisi e l'archiviazione dei dati ricevuti, e effettuare un elaborazione corrispondente come l'inizio degli allarmi e la generazione di report.
Caratteristiche chiave e vantaggi di Lorawan
A lungo raggio e Copertura:
La tecnologia di modulazione Lora sotto Lorawan consente la gamma di trasmissione di diversi chilometri, Fino a decine di chilometri. Nella maggior parte dei casi, Lorawan raggiunge 2-5 KM Range in una città ma nella zona rurale aperta può andare oltre i 15 km.
Basso consumo energetico:
L'uso di sistemi Lorawan è accompagnato da un basso consumo di energia, Pertanto, rendendo questi sistemi preferibili per dispositivi a bassa potenza o a batteria. Ciò implica che questi dispositivi non richiedono batterie di sostituzione dopo pochi mesi per anni, Una caratteristica che è importante per i sensori di monitoraggio remoto e i tracker di risorse situate in aree difficili da accedere.
Scalabilità:
Un singolo gateway di Lorawan è in grado di gestire contemporaneamente migliaia di dispositivi, supportando così vaste connessioni. Utilizzando la frequenza dati adattiva (ADR) funzione, La rete di Lorawan, nota anche come gestione delle risorse della rete a bassa potenza, è rivolta alla comunicazione tra i dispositivi in modo più efficiente.
Hardware in termini di efficienza:
L'avvio di una rete Lorawan è a basso costo in quanto non richiede molte strutture. Le risorse di infrastruttura e software open source rendono l'adozione più ecomonica.
Connettività globale:
Lorawan è aperto a ogni utente come indicato dalla Lorawan Alliance. Dispositivi e reti possono operare in armonia senza necessità di un fornitore comune, offrendo così una migliore integrazione di marchi trasversali e incrociati, e più possibilità di applicarli.
Casi d'uso comuni di Lorawan
1. Città intelligente
La tecnologia Lorawan può aiutare a collegare i diversi dispositivi IoT, sensori, Contatori intelligenti e altri dispositivi presenti nelle città intelligenti fornendo una rete di vasta area. I dispositivi e la rete IoT possono essere incorporati nell'infrastruttura esistente delle città in modo da facilitare l'automazione dei processi e la supervisione e il controllo dei sistemi che a loro volta portano alla riduzione dei costi operativi. Ecco alcune idee che possono essere eseguite in città intelligenti:
- Smart Street Lighting: Controllare, Gestisci e monitora i lampioni della città da un'ampia rete di Lorawan con la possibilità di regolare la luminosità in base al flusso del traffico e all'illuminazione esterna per ridurre i costi energetici.
- Gestione dei parcheggi: I sensori di Lorawan tracciano l'occupazione dei parcheggi e informano i conducenti la disponibilità di parcheggi, facilitando così i problemi di parcheggio e il flusso del traffico.
- Monitoraggio della qualità dell'aria: Impiegare sensori Lorawan per monitorare la concentrazione di vari inquinanti nell'atmosfera in tutta la città con l'obiettivo di controllare l'inquinamento.
2. Agricoltura intelligente e i suoi strumenti moderni
Le operazioni agricole stanno adattando l'uso di applicazioni Lorawan di IoT e all'aperto nelle aree specifiche dell'agricoltura intelligente. Utilizzando la rete Lorawan, Sensori che comunicano in tempo reale tutti i dati che coinvolgono la coltura, Osuseria per animali, attrezzatura, ambiente fisico ecc., Consentire all'agricoltore di apportare modifiche adeguate ai livelli di produzione e come tale migliora la qualità della produzione.
3. Internet delle cose industriale
La tecnologia Lorawan è anche effettivamente incorporata in contesti operativi industriali. Monitoraggio automatizzato, sicurezza, e la gestione patrimoniale consentono risposte più rapide da parte degli operatori. L'arena logistica e smart warehousing, ad esempio, Le reti Lorawan sono migliori di prima nel fornire una copertura più ampia e connessioni meno interferite.
4. Utilità e misurazione intelligente
Contatori intelligenti (per elettricità, acqua, eccetera.) Abilita il monitoraggio remoto e in tempo reale, ridurre gli errori e migliorare l'efficienza.
5. Assistenza sanitaria e dispositivi indossabili
I dispositivi indossabili sanitari con sede a Lorawan sono progettati per monitorare continuamente e in modo affidabile i pazienti negli ospedali, Residenti delle cure anziane, o chiunque abbia bisogno di monitoraggio in tempo reale di segni vitali.
Architettura di rete LoRaWAN
1. Reti di lorawan pubblica e privata
Una rete pubblica di Lorawan è una rete Lorawan di proprietà di una terza parte, Principalmente un operatore di telecomunicazione o un fornitore di servizi di rete, Tale spese una commissione dagli utenti che collegano i dispositivi alla rete. Una rete privata di Lorawan è una rete che un individuo e o un'impresa crea e opera e principalmente, controllato da loro, e spesso geograficamente limitato nell'area. Questo tipo di connettività ha spesso migliori disposizioni sulla sicurezza dei dati e sulla privacy.
2. Modelli ibridi
I principi di un Lorawan privato e pubblico possono essere montati insieme in modo tale che le esigenze dell'utente di comfort in una rete privata e la copertura siano soddisfatte attraverso una rete pubblica ma più garantite. Gli utenti possono scegliere la rete pubblica o la rete privata e anche entrambi contemporaneamente a seconda della situazione.
3. Distribuzione di rete
Valuta la copertura dell'area, Tasso di dati realizzabili e potenza elettrica spesa dalle reti Lorawan, su un ambito dettato dai requisiti del progetto. Dopo aver stabilito il numero di gateway necessari all'interno dell'area di copertura e dei siti di distribuzione, Costruisci la topologia di rete (Tipicamente una topologia di stelle di stars). Scegli e montare i punti di accesso Lorawan adatti e altri dispositivi. Dopo il completamento della distribuzione dell'hardware, Imposta i parametri dei gateway, configurare il server di rete, e iniziare a test e verifica. Una volta realizzata la distribuzione del progetto, Eseguire il monitoraggio e la manutenzione dell'attrezzatura su base regolare.
Funzionalità di sicurezza di Lorawan
Crittografia end-to-end
La crittografia end-to-end protegge l'intera trasmissione dal dispositivo al server delle applicazioni. Di solito ha due strati di meccanismo di crittografia, Crittografia del livello di rete di Lorawan e crittografia del livello dell'applicazione. Le due tecniche di crittografia sopra producono due diverse chiavi NWKSKEY e APPSKEY. Ciò significa che tutte le informazioni verranno crittografate mentre vengono trasmesse dal momento in cui il dispositivo invia i dati fino a quando i dati non raggiungono il server delle applicazioni. Perciò, Anche se il fornitore di servizi di rete Gateway o Intermediate riceve il pacchetto di dati, non saranno in grado di vedere o modificare i dati.
Autenticazione del dispositivo
Lorawan sfrutta un meccanismo di autenticazione del dispositivo molto rigoroso in modo da non consentire dispositivi non autorizzati nella rete. Unirsi alla rete Lorawan ha due approcci principali.
Otaa (Attivazione esagerata)
Questa opzione è la più sicura da tutti gli attacchi. Ogni volta, Un dispositivo si collega a una rete Lorawan, Una nuova coppia di chiavi (Una chiave di sessione di rete NWKSKEY e una sessione dell'applicazione Appskey) è formulato. Queste chiavi sono create in base allo Deveui del dispositivo e all'appkey. Usando otaa, Ogni volta che un dispositivo si collega alla rete, L'identità del dispositivo è verificata, E in questo modo, È confermato che non è consentito alcun dispositivo canaglia sulla rete.
ABP (Attivazione mediante personalizzazione)
In questa tecnica, Le chiavi del dispositivo sono pronte prima della distribuzione del dispositivo. ABP non richiede che le chiavi vengano generate di nuovo ma fissate e incapaci di modificare i limiti della sicurezza offerta lo rende inferiore a OTAA.
Non importa se è OTAA o ABP, I meccanismi di autenticazione del dispositivo di Lorawan impediscono qualsiasi comunicazione indesiderata nella rete da dispositivi non autenticati.
Gestione delle chiavi
La crittografia è impiegata in tutte le interazioni tra dispositivi e server e tali processi di crittografia sono implementati utilizzando tasti diversi. Esistono principalmente tre caratteristiche di gestione delle chiavi impiegate da Lorawan Network.
- AppKey viene utilizzato nella generazione delle chiavi di sessione in un processo OTAA. Quando un dispositivo utente si unisce per la prima volta alla rete, Questa chiave aiuta a creare una chiave di sessione di rete e una chiave di sessione dell'applicazione.
- NWKSKEY è la chiave che aiuta a crittografare i dati di comunicazione tra i dispositivi e i server di rete.
- AppSkey è la chiave che crittografa i dati dell'applicazione tra dispositivi e server dell'applicazione.
Va notato che la gestione delle chiavi a Lorawan deve soddisfare i seguenti requisiti:
- Unicità: Ogni dispositivo ha la propria chiave che non è la stessa con altri dispositivi, pertanto la comunicazione del dispositivo non sarà interferita da un altro dispositivo.
- Aggiornamento chiave: Il meccanismo OTAA aiuta i dispositivi a creare nuove chiavi ogni volta che si uniscono a una nuova rete e questo riduce al minimo i rischi posti dall'uso di chiavi statiche per periodi prolungati.
- Sicurezza di archiviazione chiave: Dispositivi, I gateway e i server dovrebbero salvaguardare queste chiavi in modo efficace perché un utente malintenzionato potrebbe voler ottenere queste chiavi per decrittografare le informazioni trasmesse.
Lorawan vs.. Altri protocolli IoT
Lorawan vs.. NB-IoT
Copertura: Lorawan offre un intervallo di comunicazione esteso, Così più vantaggioso nelle regioni rurali o outback in cui la gamma può essere fino a 15 chilometri. Al contrario, NB-Iot ha un raggio di copertura limitato di circa 10 chilometri ma è più efficace nelle città e negli ambienti con molte strutture.
Consumo energetico: Il consumo energetico di Lorawan è piuttosto basso pertanto le batterie dei dispositivi possono durare per un certo numero di anni, il che è ideale per il posizionamento di tali dispositivi per lunghi periodi. NB-Iot è anche significativamente efficiente dal punto di vista energetico, ma la sua durata della batteria è più breve a causa della quantità di dati trasmessi.
Scenari di applicazione: A causa della trasmissione a lungo raggio e a bassa trasmissione, Lorawan si adatta bene ai casi d'uso dell'applicazione come l'agricoltura intelligente, Monitoraggio ambientale e molti altri. D'altra parte, l'IoT NB è più applicabile nei casi in cui il volume dei dati è intenso e la penetrazione del segnale è profonda come contatori intelligenti e soluzioni Smart City.
Lorawan vs.. Wi-Fi/Bluetooth
Allineare: La distanza di comunicazione tramite Lorawan può correre in diversi chilometri, mentre quella del Wi-Fi e Bluetooth varia da pochi metri a circa cento metri al massimo.
Durata della batteria: A causa della bassa potenza di trasmissione e di un volume molto basso di dati trasmessi da Lorawan, La batteria del dispositivo di lavoro può essere abbastanza lunga da resistere a diversi anni di uso attivo. Al contrario, I dispositivi che impiegano le tecnologie Wi-Fi e Bluetooth includono più consumi energetici e quindi i dispositivi devono essere addebitati o sostituiti entro un periodo di tempo.
Throughput dei dati: Lorawan è progettato per la trasmissione a bassa frequenza dati e il suo throughput è limitato a pochi pacchetti di dati anche quando la latenza non è un problema, Mentre le tecnologie Wi-Fi e Bluetooth ottengono un rendimento dei dati più elevato e possono quindi essere applicate in contesti in cui vengono trasmessi elevati volumi di dati.
Scegliere i giusti prodotti e soluzioni Lorawan
Capire le tue esigenze:
Al fine di raccogliere i massimi vantaggi di distribuire un'infrastruttura di Lorawan, Le seguenti considerazioni devono essere prese in considerazione.
- Allineare: Sebbene Lorawan possa supportare la copertura wireless a lungo raggio, La qualità del segnale è limitata dal terreno e dagli edifici geografici. Sarebbe importante considerare il sito di distribuzione specifico e pianificare la disposizione del gateway.
- Durata della batteria: Pensa a quanto tempo ti aspetti che il tuo dispositivo Lorawan funzioni e scegli un dispositivo la cui durata della batteria e il consumo operativo di alimentazione sembrano andare bene.
- Throughput dei dati: Determina se sei interessato alla trasmissione dei dati semplice e rana o al contrario, molti dati trasmessi frequentemente. Lorawan è progettato per l'uso in ambienti in cui la trasmissione dei dati non è così elevata.
- Approccio economico: C'è un vantaggio di costi molto significativo per la rete Lorawan quando viene lanciato su un'ampia area geografica. D'altra parte, In base alla dimensione del progetto e agli input del progetto come il costo delle apparecchiature, Costo dei gateway e manutenzione della rete, Seleziona l'opzione giusta.
- Scalabilità: Se la tua iniziativa richiede una vasta gamma di connettività del dispositivo, Oppure preferisci mettere facilmente la connettività del dispositivo negli anni a venire, Quindi Lorawan è l'opzione più appropriata.
Tipi di dispositivi Lorawan:
I dispositivi Lorawan sono disponibili in varie forme come i gateway, sensori, tag, moduli, eccetera. L'ultimo Sensore di temperatura e umidità MST01 Lorawan® di Minew, Utilizza la tecnologia Lorawan per andare oltre i vincoli posti dall'area di copertura con sensori tradizionali e persino abbassare il consumo di energia del dispositivo. Questo sensore è di grande importanza nella gestione della logistica e dei sistemi di trasporto Smart Warehouse.
I migliori venditori di Lorawan:
Più fornitori nel settore IoT stanno inventando prodotti e soluzioni Lorawan. Miniere è una delle aziende leader in questo settore, Specializzato in soluzioni hardware IoT e vantarsi 200 brevetti e certificati di originalità. Puoi lavorare con MineW per creare una soluzione hardware IoT su misura per le tue esigenze.
Il futuro di Lorawan
1. Applicazioni emergenti: Con il miglioramento della comunicazione satellitare, Lorawan può utilizzare il monitoraggio del sensore in applicazioni come il rilevamento del fumo in aree forestali non visibili o il rilevamento della temperatura sulle boe oceaniche ecc.. I dati provenienti da sensori di Lorawan man mano che si verificano interazioni, Le città intelligenti saranno in grado di implementare strategie efficaci di gestione dei trasporti.
2. Lorawan e 5G: Le soluzioni per l'automazione industriale incorporano 5G per consentire il funzionamento remoto delle apparecchiature utilizzando i dati dei sensori Lorawan.
3. Lorawan nell'ecosistema IoT globale: Il mercato delle applicazioni della tecnologia Lorawan mostra una crescita drammatica. Si prevede che da 2030 Il mercato globale di Lora e Lorawan IoT si espanderà a 48,4 miliardi di dollari USA, con un tasso di crescita del mercato di 36.8% Durante il periodo di previsione. Il mercato IoT apprezza davvero la tecnologia per i suoi molti vantaggi.
Conclusione: Lorawan è giusto per te?
I vantaggi della tecnologia Lorawan sono chiari. Non è più una necessità di distribuire densamente gateway per ricevere segnali da dispositivi di lunghezza. Lorawan è in grado di gestire le esigenze del tuo progetto facilmente e a una spesa molto ragionevole. Alimentato dalla rete Lorawan, Puoi anche accedere facilmente ai dati per aiutarti a prendere decisioni strategiche che miglioreranno la produttività complessiva del progetto e del business. Nel mercato IoT, Il volume di prodotti e servizi specializzati basati sulla tecnologia Lorawan è in costante aumento
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