導入
産業が拡張されたリーチとデバイスのサポートで経済的ソリューションを検索するにつれて, これらの条件を満たす接続が必須となっています. このような需要が LPWAN の出現につながりました (低電力広域ネットワーク) および LoRaWAN テクノロジー. LoRaWAN は低電力の広域ネットワークです (LPWAN) プロトコルは、デバイスがインターネットへの距離を超えてワイヤレスで接続できるようにすることを目的としています. その主な特性 - 長距離カバレッジと最小限の電力使用量 - は、のワイヤレス通信要件に適しています IoTデバイス 基本的にバッテリーが動作しています.
LoRaWANとは?
ロラワンは、LPWANの傘下にあるワイヤレス通信技術の一種です (低電力幅エリアネットワーク). これは、長距離トランスミッションを可能にしながら最小限の電力を使用するように設計されていることを意味します, 大規模なIoTアプリケーションに最適です. 本質的には, ロラワンはロラ変調技術を使用しています, これは、LPWANを実装する特定の方法です.
ロラ, その中心に, チャープスプレッドスペクトルを使用する物理層の変調技術です (CSS) 情報をエンコードするテクノロジー. さまざまな通信設定を指定します, 帯域幅を含む, 送信周波数, コーディングレート, および拡散要因. ロラの建物, Lorawan Technologyは、IoTエンドノードデバイスとネットワーク間の通信のプロトコルを定義しています ゲートウェイ, デバイスをインターネットにシームレスに接続するのに役立ちます.
ロラワンクラス
クラスA
クラスAは非同期システムとして動作し、エンドノードは必要に応じてゲートウェイにメッセージをブロードキャストし、次の送信まで非アクティブ状態に入ります. このセットアップは、マルチチャネルシステムでタイムスロットを効率的に利用します
クラスb
バッテリー駆動のノードにメッセージを送信する方法, ゲートウェイがすべてのビーコンを放出する場所 128 秒. このビーコンにより、すべてのロラワンベースステーションがGPS衛星信号を使用して時間を同期することができます.
クラスC
ノードがいつでもダウンリンクメッセージを常に聞いて送信できるようにします. このクラスは通常、ノードを完全にアクティブに保つためにかなりのエネルギーを要求し、受信機を常に動作させるためにAC電源のアプリケーションで採用されています.
ロラワンの仕組み
LORA変調は、Chirpspread Spectrumと呼ばれる手法を使用して、データをワイヤレス信号にエンコードします. 線形周波数変調速度を増やすことにより, 信号は複数の周波数範囲に広がります, あまり干渉することなく、より長い距離を移動できるようにします. Loraは、このChirpテクノロジーに基づいて独自のスプレッドスペクトル変調を採用しています. 例えば, ゲートウェイに近いデバイスは、より低い拡散係数を使用して、近接によりデータを迅速に送信します, 遠く離れたデバイスがより高い広がり係数を使用して信号範囲を拡張します, これにより、送信速度が遅くなりますが.
IoTデバイス (のような センサー) ロラワンネットワークで定期的にまたはオンデマンドでデータを収集する. これらのデバイスは、組み込みのLORAモジュールとLORA変調技術を使用して、収集したデータを近くのLorawanゲートウェイにワイヤレスで送信します, 次に、データをロラワンネットワークサーバーにアップロードします. データの重複排除と検証後, デバイスネットワークアクセスの確認やID認証などの機能の処理, データはアプリケーションサーバーに転送されます, これは通常、ユーザーカスタマイズされたシステムです, 受信したデータの分析と保存を容易にするため, アラームの開始やレポートの生成など、対応する処理を行います.
ロラワンの主な機能と利点
長距離と カバレッジ:
Lorawanの下でのLora変調技術により、数キロのトランスミッション範囲が可能になります, 数十キロメートル. ほとんどの場合, ロラワンは達成します 2-5 都市のkm範囲ですが、オープンな農村地域では15kmを超えることができます.
低消費電力:
ロラワンシステムの使用には、エネルギー消費が低くなります, したがって、これらのシステムは、低電力またはバッテリー駆動のデバイスに適しています. これは、これらのデバイスが何年も数ヶ月ごとに交換用バッテリーを必要としないことを意味します, アクセスが困難なエリアにあるリモート監視センサーとアセットトラッカーにとって重要な機能.
スケーラビリティ:
単一のロラワンゲートウェイは、数千のデバイスを同時に処理することができます, したがって、広大な接続をサポートします. 適応データレートを使用します (ADR) 関数, 低電力幅エリアネットワークリソース管理としても知られるロラワンネットワークは、より効率的な方法でデバイス間の通信を目的としています.
費用効率のハードウェア:
ロラワンネットワークを開始することは、多くの施設を必要としないため、低コストです. オープンソースのインフラストラクチャとソフトウェアリソースにより、採用するのがより環境的になります.
グローバル接続:
Lorawan Allianceが述べているように、Lorawanはすべてのユーザーに開放されています. デバイスとネットワークは、共通のプロバイダーを必要とせずに調和して動作する場合があります, したがって、より良いクロスブランドとクロス業界の統合を提供します, そしてそれらを適用する際のより多くの可能性.
ロラワンの一般的なユースケース
1. スマートシティ
Lorawanテクノロジーは、さまざまなIoTデバイスの接続に役立ちます, センサー, 大規模なエリアネットワークを提供することにより、スマートメーターやスマートシティに存在するその他のデバイス. IoTデバイスとネットワークは、プロセスの自動化とシステムの監督と制御を促進する方法で、都市の既存のインフラストラクチャに組み込むことができ、これにより、運用コストの削減につながります. スマートシティで実行できるアイデアがいくつかあります:
- スマートストリート照明: コントロール, 幅広のロラワンネットワークからの街灯を管理および監視し、交通の流れと外部照明に基づいて明るさを調節してエネルギーコストを削減する能力.
- 駐車管理: ロラワンセンサーは駐車スペースの占有を追跡し、駐車スペースの利用可能性をドライバーに通知します, それにより、駐車場の問題と交通の流れを緩和します.
- 大気質監視: ロラワンセンサーを使用して、汚染を制御することを目的として、市内の大気中のさまざまな汚染物質の濃度を監視する.
2. 賢い農業とその最新のツール
農業事業は、知的農業の特定の分野でのIoTおよび屋外ロラワンアプリケーションの使用を適応させています. ロラワンネットワークを使用します, リアルタイムで通信するセンサー作物を含むすべてのデータ, 畜産, 装置, 物理的環境など, 農家が生産レベルを適切に変更し、生産品質を向上させることを可能にする.
3. 産業用モノのインターネット
Lorawan Technologyは、産業運用環境にも効果的に組み込まれています. 自動監視, 安全, および資産管理により、オペレーターからのより迅速な回答が可能です. たとえば、ロジスティクスとスマートウェアハウジングアリーナ, ロラワンネットワークは、より広いカバレッジと干渉性の少ない接続を提供する上で以前よりも優れています.
4. ユーティリティとスマートメーター
スマートメーター (電気のため, 水, 等) リモートおよびリアルタイムの監視を有効にします, エラーの削減と効率の向上.
5. ヘルスケアとウェアラブル
ロラワンベースのヘルスケアウェアラブルは、病院の患者を継続的かつ確実に監視するように設計されています, 高齢者の居住者, または、バイタルサインのリアルタイム監視が必要な人.
ロラワンネットワークアーキテクチャ
1. パブリックおよびプライベートロラワンネットワーク
パブリックロラワンネットワークは、サードパーティが所有するロラワンネットワークです, 主に電気通信オペレーターまたはネットワークサービスプロバイダーです, その費用は、デバイスをネットワークに接続するユーザーからの料金の費用. プライベートロラワンネットワークは、個人および企業が構築および運営するネットワークであり、主に, 彼らによって制御されています, 多くの場合、地理的に地域が制限されています. この種の接続性は、多くの場合、より良いデータセキュリティとプライバシーの規定を持っています.
2. ハイブリッドモデル
プライベートおよびパブリックロラワンの原則は、プライベートネットワークとカバレッジでのユーザーの快適さのニーズがパブリックネットワークを介して満たされるようになりますが、より安全に適合することができます。. ユーザーは、パブリックネットワークまたはプライベートネットワークのいずれかを選択できます。.
3. ネットワーク展開
エリアカバレッジを評価します, ロラワンネットワークが消費する達成可能なデータレートと電力, プロジェクトの要件によって決定される範囲. カバレッジエリアと展開サイト内で必要なゲートウェイの数を確立した後, ネットワークトポロジを構築します (通常、スターオブスタートポロジー). 適切なロラワンアクセスポイントやその他のデバイスを選択してマウントします. ハードウェアの展開が完了した後, ゲートウェイのパラメーターを設定します, ネットワークサーバーを構成します, テストと検証を開始します. プロジェクトの展開が完了したら, 定期的に機器の監視とメンテナンスを実行する.
ロラワンのセキュリティ機能
エンドツーエンド暗号化
エンドツーエンドの暗号化は、デバイスからアプリケーションサーバーへの送信全体を保護します. 通常、暗号化メカニズムの2層があります, Lorawanのネットワークレイヤー暗号化とアプリケーションレイヤー暗号化. 上記の2つの暗号化技術は、2つの異なるキーを生成しますnwkskeyとappskey. これは、データがアプリケーションサーバーに到達するまでデバイスがデータを送信する瞬間から送信されている間に、すべての情報が暗号化されることを意味します. したがって, ゲートウェイまたは中間ネットワークサービスプロバイダーがデータパケットを受信した場合でも, 彼らはデータを見たり変更したりすることができません.
デバイス認証
ロラワンは、不正なデバイスをネットワークに入れないように、非常に厳格なデバイス認証メカニズムを活用しています. Lorawanネットワークへの参加には、2つの主要なアプローチがあります.
OTAA (オーバーザエアの活性化)
このオプションは、すべての攻撃から最も安全です. いつでも, デバイスはロラワンネットワークに接続します, 新しいキーペア (ネットワークセッションキーNWKSKEYとアプリケーションセッションキーAppSkey) 定式化されています. これらのキーは、デバイスのdeveuiとAppkeyに基づいて作成されます. OTAAを使用します, デバイスがネットワークに接続するたびに, デバイスのIDが検証されています, そしてこのように, ネットワーク上で不正なデバイスが許可されていないことが確認されています.
ABP (パーソナライズによるアクティベーション)
この手法で, デバイスの展開前にデバイスのキーが準備ができています. ABPは、キーを新たに生成する必要はありませんが、修正され、提供されるセキュリティの制限を変更できないため、OTAAより劣っています.
OTAAまたはABPであるかどうかは関係ありません, Lorawanのデバイス認証メカニズムは、認識されていないデバイスからネットワークへの望ましくない通信を防ぎます.
キー管理
暗号化はデバイスとサーバー間のすべての相互作用で採用されており、そのような暗号化プロセスは異なるキーを使用して実装されます. ロラワンネットワークで採用されている3つの主要な管理機能が主にあります.
- AppKeyは、OTAAプロセスでセッションキーの生成に使用されます. ユーザーデバイスが最初にネットワークに参加したとき, このキーは、ネットワークセッションキーとアプリケーションセッションキーを作成するのに役立ちます.
- nwkskeyは、デバイスとネットワークサーバー間の通信データを暗号化するのに役立つ鍵です.
- AppSkeyは、デバイスとアプリケーションサーバー間でアプリケーションデータを暗号化する鍵です.
Lorawanの主要な管理が次の要件を達成しなければならないことに注意する必要があります:
- 独自性: 各デバイスには独自のキーがあり、他のデバイスと同じではないため、デバイスの通信は別のデバイスによって干渉されません.
- キーアップデート: OTAAメカニズムは、デバイスが新しいネットワークに参加するたびに新しいキーを作成するのに役立ちます。.
- キーストレージセキュリティ: デバイス, 攻撃者がこれらのキーを取得して送信されている情報を復号化することを希望する可能性があるため、ゲートウェイとサーバーはこれらのキーを効果的に保護する必要があります.
ロラワンVs.. 他のIoTプロトコル
ロラワンVs.. NB-IoT
カバレッジ: ロラワンは、拡張された通信範囲を提供します, したがって、範囲が存在する可能性のある田舎やアウトバックの地域で最も有利です 15 キロメートル. 対照的に, NB-OITのカバレッジ半径は約に限られています 10 キロメートルですが、多くの構造を持つ都市や環境でより効果的です.
消費電力: ロラワンの消費電力は非常に低いため、デバイスのバッテリーは長年続くことがあります。. NB-iotも大幅にエネルギー効率が高いが、送信されるデータの量により、バッテリー寿命は短い.
アプリケーションシナリオ: 長距離および低データ送信のため, ロラワンは、スマートファーミングなどのアプリケーションユースケースによく適合します, 環境監視など. 一方、NB IoTは、データ量が集中しており、Smart MetersやSmart City Solutionsなどの信号浸透が深い場合に適用可能です。.
ロラワンVs.. Wi-Fi/Bluetooth
範囲: ロラワンを介した通信距離は数キロメートルにぶつかることがありますが、Wi-FiとBluetoothの距離は数メートルから約100メートルの間で範囲です.
バッテリーの耐久性: トランスミッションパワーが低く、ロラワンによって送信されるデータの量が非常に少ないため, 作業デバイスのバッテリーは、数年間のアクティブな使用に耐えるのに十分な長さである可能性があります. それどころか, Wi-FiおよびBluetoothテクノロジーを採用するデバイスには、より多くの電力消費が含まれるため、期間内にデバイスを充電または交換する必要があります。.
データスループット: Lorawanは低データレートの送信用に設計されており、そのスループットは、遅延が問題ではない場合でもデータのパケットのみに制限されています, Wi-FiおよびBluetoothテクノロジーはより高いデータスループットを実現するため、大量のデータが送信されるコンテキストで適用できます。.
適切なロラワン製品とソリューションを選択します
あなたのニーズを理解する:
ロラワンインフラストラクチャを展開することの最大の利点を享受するために, 以下の考慮事項を考慮する必要があります.
- 範囲: ロラワンは長距離でワイヤレスカバレッジをサポートできますが, 信号の品質は地理的な地形と建物によって制限されています. 特定の展開サイトを検討し、ゲートウェイの配置を計画することが重要です.
- バッテリー寿命: ロラワンデバイスが機能することを期待して、バッテリーの寿命と電力操作消費が大丈夫だと思われるデバイスを選ぶ時間を考えてみてください.
- データスループット: 単純でまれなデータ送信に興味があるか、反対の場合を判断します, 多くのデータが頻繁に送信されます. ロラワンは、データの伝送がそれほど高くない環境で使用するために設計されています.
- 費用対効果の高いアプローチ: ロラワンネットワークが広い地理的領域に展開されている場合、非常に大きなコスト上の利点があります. 一方で, プロジェクトのサイズと機器などのプロジェクト入力に基づいて, ゲートウェイとネットワークメンテナンスのコスト, 正しいオプションを選択します.
- スケーラビリティ: あなたのイニシアチブがデバイスの接続の幅広い配列を求めている場合, または、今後数年間で簡単にデバイスの接続性を設置することを好みます, ロラワンが最も適切なオプションです.
ロラワンデバイスの種類:
Lorawanデバイスには、ゲートウェイなどのさまざまな形式があります, センサー, タグ, モジュール, 等. 最新のもの MST01LORAWAN®温度と湿度センサー Minewによって, Lorawanテクノロジーを利用して、従来のセンサーを備えたカバレッジエリアによってもたらされる制約を超え、デバイスの電力消費をさらに低下させる. このセンサーは、スマートウェアハウスロジスティクスと輸送システムの管理において非常に重要です.
トップロラワンベンダー:
IoT業界のより多くのサプライヤーがLorawan製品とソリューションを考え出しています. Minew この分野の大手企業の1つです, IoTハードウェアソリューションに特化し、自慢しています 200 特許と独創性の証明書. MineWと連携して、要件に合わせて特注のIoTハードウェアソリューションを作成できます.
ロラワンの未来
1. 新しいアプリケーション: 衛星通信の強化により, Lorawanは、視界ではない森林地帯での煙検出や、オーシャンブイなどでの温度検出などの用途でセンサー監視を使用できます。. 相互作用が発生したときのロラワンセンサーからのデータ, スマートシティは効果的な輸送管理戦略を実装できるようになります.
2. ロラワンと5g: Industrial Automationのソリューションには、Lorawanセンサーからのデータを使用して機器のリモート操作を可能にするために5Gが組み込まれています.
3. グローバルIoTエコシステムのロラワン: ロラワンテクノロジーのアプリケーション市場は劇的な成長を示しています. それによって予測されています 2030 グローバルロラとロラワンIoT市場は484億米ドルに拡大します, の市場成長率 36.8% 予測期間中. IoT市場は、非常に多くの利点のためにこのテクノロジーを評価しています.
結論: ロラワンはあなたにぴったりです?
ロラワン技術の利点は明らかです. 遠く離れたデバイスから信号を受信するためにゲートウェイを密に展開する必要はもうありません. ロラワンはあなたのプロジェクトの要求を非常に合理的な費用で簡単に処理することができます. ロラワンネットワークを搭載, また、データに簡単にアクセスして、プロジェクトとビジネスの全体的な生産性を向上させる戦略的意思決定を支援することもできます。. IoT市場で, ロラワン技術に基づいた製品と専門サービスの量は着実に増加しています
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