pengenalan
Memandangkan industri mencari penyelesaian ekonomi dengan jangkauan lanjutan dan sokongan peranti, ketersambungan yang memenuhi syarat ini telah menjadi satu keperluan. Tuntutan sedemikian telah membawa kepada kemunculan LPWAN (Rangkaian Kawasan Luas Kuasa Rendah) dan teknologi LoRaWAN. LoRaWAN ialah rangkaian kawasan luas berkuasa rendah (LPWAN) protokol yang bertujuan untuk membenarkan peranti menyambung secara wayarles pada jarak yang jauh ke Internet. Ciri-ciri utamanya — liputan jarak jauh dan penggunaan kuasa yang minimum — sangat sesuai dengan keperluan komunikasi wayarles peranti IoT yang pada asasnya dikendalikan oleh bateri.
Apa itu LoRaWAN?
LoRaWAN adalah sejenis teknologi komunikasi tanpa wayar yang berada di bawah payung LPWAN (Rangkaian Kawasan Luas Kuasa Rendah). Ini bermakna ia direka untuk menggunakan kuasa minimum sambil mendayakan penghantaran jarak jauh, menjadikannya sesuai untuk aplikasi IoT berskala besar. Pada asasnya, LoRaWAN menggunakan teknologi modulasi LoRa, yang merupakan cara khusus untuk melaksanakan LPWAN.
LoRa, pada terasnya, ialah teknik modulasi pada lapisan fizikal yang menggunakan Spektrum Spread Chirp (CSS) teknologi untuk mengekod maklumat. Ia menentukan pelbagai tetapan komunikasi, termasuk lebar jalur, kekerapan penghantaran, kadar pengekodan, dan faktor penyebaran. Membina di atas LoRa, Teknologi LoRaWAN mentakrifkan protokol untuk komunikasi antara peranti dan rangkaian nod hujung IoT pintu masuk, membantu menyambungkan peranti ke Internet dengan lancar.
Kelas LoRaWAN
Kelas A
Kelas A beroperasi sebagai sistem tak segerak di mana nod akhir boleh menyiarkan mesej ke get laluan apabila perlu dan kemudian memasuki keadaan tidak aktif sehingga penghantaran seterusnya. Persediaan ini menggunakan slot masa dengan cekap dalam sistem berbilang saluran
Kelas B
Kaedah untuk menghantar mesej ke nod berkuasa bateri, di mana pintu masuk memancarkan suar setiap 128 detik. Beacon ini membolehkan semua stesen pangkalan LoRaWAN menyegerakkan masa mereka menggunakan isyarat satelit GPS.
Kelas C
Membolehkan nod untuk sentiasa mendengar dan menghantar mesej pautan bawah pada bila-bila masa. Kelas ini biasanya digunakan dalam aplikasi berkuasa AC kerana ia memerlukan tenaga yang besar untuk memastikan nod aktif sepenuhnya dan penerima sentiasa beroperasi.
Bagaimana LoRaWAN Berfungsi
Modulasi LoRa mengekod data ke dalam isyarat wayarles menggunakan teknik yang dipanggil spektrum penyebaran kicauan. Dengan meningkatkan kadar modulasi frekuensi linear, isyarat merebak ke pelbagai julat frekuensi, membolehkannya menempuh jarak yang lebih jauh tanpa banyak gangguan. LoRa menggunakan modulasi spektrum penyebaran proprietari berdasarkan teknologi kicauan ini. Contohnya, peranti yang berhampiran dengan get laluan menggunakan faktor penyebaran yang lebih rendah untuk menghantar data dengan cepat kerana kedekatannya, manakala peranti yang lebih jauh menggunakan faktor penyebaran yang lebih tinggi untuk memanjangkan julat isyarat, walaupun ini memperlahankan kelajuan penghantaran.
peranti IoT (seperti penderia) dalam rangkaian LoRaWAN mengumpul data secara berkala atau atas permintaan. Peranti ini menggunakan modul LoRa terbina dalam dan teknologi modulasi LoRa untuk menghantar data yang dikumpul secara wayarles ke get laluan LoRaWAN berdekatan, yang kemudiannya memuat naik data ke pelayan rangkaian LoRaWAN. Selepas penyahduplikasian dan pengesahan data, dan pemprosesan fungsi seperti pengesahan akses rangkaian peranti dan pengesahan identiti, data akan dimajukan ke pelayan aplikasi, yang biasanya merupakan sistem tersuai pengguna, untuk memudahkan analisis dan penyimpanan data yang diterima, dan membuat pemprosesan yang sepadan seperti memulakan penggera dan menjana laporan.
Ciri-ciri Utama dan Faedah LoRaWAN
Jarak Jauh dan Liputan:
Teknologi modulasi LoRa di bawah LoRaWAN membolehkan jarak penghantaran beberapa kilometer, sehingga berpuluh kilometer. Dalam kebanyakan kes, LoRaWAN mencapai kira-kira 2-5 jarak km di bandar tetapi di kawasan luar bandar terbuka ia boleh melepasi 15km.
Penggunaan Kuasa Rendah:
Menggunakan sistem LoRaWAN disertakan dengan penggunaan tenaga yang rendah, oleh itu menjadikan sistem ini lebih disukai untuk peranti berkuasa rendah atau bateri. Ini menunjukkan bahawa peranti ini tidak memerlukan bateri gantian selepas setiap beberapa bulan selama bertahun-tahun, ciri yang penting untuk penderia pemantauan jauh dan penjejak aset yang terletak di kawasan yang sukar diakses.
Kebolehskalaan:
Gerbang LoRaWAN tunggal mampu mengendalikan beribu-ribu peranti secara serentak, sekali gus menyokong sambungan yang luas. Dengan menggunakan kadar data adaptif (ADR) fungsi, Rangkaian LoRaWAN juga dikenali sebagai pengurusan sumber rangkaian kawasan luas kuasa rendah bertujuan untuk komunikasi antara peranti dengan cara yang lebih cekap.
Perkakasan kecekapan kos:
Memulakan rangkaian LoRaWAN adalah kos yang rendah kerana ia tidak memerlukan banyak kemudahan. Infrastruktur sumber terbuka dan sumber perisian menjadikannya lebih ekonomik untuk diguna pakai.
Ketersambungan Global:
LoRaWAN terbuka kepada setiap pengguna seperti yang dinyatakan oleh Perikatan LoRaWAN. Peranti dan rangkaian mungkin beroperasi secara harmoni tanpa memerlukan pembekal yang sama, sekali gus menawarkan penyepaduan jenama silang dan industri yang lebih baik, dan lebih banyak kemungkinan dalam menerapkannya.
Kes Penggunaan Biasa LoRaWAN
1. Bandar Pintar
Teknologi LoRaWAN boleh membantu dalam menyambungkan peranti IoT yang berbeza, penderia, meter pintar dan peranti lain yang terdapat di bandar pintar dengan menyediakan rangkaian kawasan yang besar. Peranti dan rangkaian IoT boleh digabungkan ke dalam infrastruktur bandar sedia ada dengan cara yang memudahkan automasi proses dan penyeliaan dan kawalan sistem yang seterusnya membawa kepada pengurangan kos operasi. Berikut ialah beberapa idea yang boleh dilaksanakan di bandar pintar:
- Lampu Jalan Pintar: Kawalan, mengurus dan memantau lampu jalan bandar dari rangkaian LoRaWAN yang luas dengan keupayaan untuk mengawal kecerahan berdasarkan aliran trafik dan pencahayaan luaran untuk mengurangkan kos tenaga.
- Pengurusan Tempat Letak Kereta: Penderia LoRaWAN menjejaki penghunian tempat letak kereta dan memaklumkan pemandu ketersediaan tempat letak kereta, sekali gus mengurangkan masalah tempat letak kereta dan aliran trafik.
- Pemantauan Kualiti Udara: Guna penderia LoRaWAN untuk memantau kepekatan pelbagai bahan pencemar di atmosfera di seluruh bandar dengan tujuan mengawal pencemaran.
2. Pertanian Pintar dan Alat Modennya
Operasi pertanian menyesuaikan penggunaan IoT dan aplikasi LoRaWAN luar dalam bidang khusus pertanian pintar. Menggunakan rangkaian LoRaWAN, penderia yang berkomunikasi dalam masa nyata semua data yang melibatkan pemangkasan, penternakan haiwan, peralatan, persekitaran fizikal dsb., membolehkan petani membuat perubahan yang sesuai dalam tahap pengeluaran dan dengan itu meningkatkan kualiti pengeluaran.
3. Internet Perindustrian Perkara
Teknologi LoRaWAN juga digabungkan dengan berkesan dalam tetapan operasi industri. Pemantauan automatik, keselamatan, dan pengurusan aset membolehkan maklum balas yang lebih cepat daripada pengendali. Arena Logistik dan pergudangan pintar contohnya, rangkaian LoRaWAN lebih baik berbanding sebelum ini dalam menyediakan liputan yang lebih luas dan sambungan yang kurang terganggu.
4. Utiliti dan Pemeteran Pintar
Meter pintar (untuk elektrik, air, dll.) membolehkan pemantauan jarak jauh dan masa nyata, mengurangkan ralat dan meningkatkan kecekapan.
5. Penjagaan Kesihatan dan Boleh Dipakai
Alat boleh pakai penjagaan kesihatan berasaskan LoRaWAN direka untuk memantau pesakit di hospital secara berterusan dan boleh dipercayai, penduduk jagaan warga emas, atau sesiapa sahaja yang memerlukan pemantauan masa nyata tanda-tanda vital.
Senibina Rangkaian LoRaWAN
1. Rangkaian LoRaWAN Awam dan Swasta
Rangkaian LoRaWAN Awam ialah Rangkaian LoRaWAN yang dimiliki oleh pihak ketiga, kebanyakannya pengendali telekom atau pembekal perkhidmatan rangkaian, yang membelanjakan bayaran daripada pengguna yang menyambungkan peranti ke rangkaian. Rangkaian LoRaWAN Persendirian ialah rangkaian yang dibina dan dikendalikan oleh individu dan atau perusahaan dan terutamanya, dikawal oleh mereka, dan selalunya terhad secara geografi kawasannya. Kesambungan jenis ini selalunya mempunyai keselamatan data dan peruntukan privasi yang lebih baik.
2. Model Hibrid
Prinsip LoRaWAN persendirian dan awam boleh dipasang bersama supaya keperluan pengguna untuk keselesaan dalam rangkaian persendirian dan liputan dipenuhi melalui rangkaian awam tetapi lebih terjamin. Pengguna boleh memilih sama ada rangkaian awam atau rangkaian persendirian malah kedua-duanya pada masa yang sama bergantung pada keadaan.
3. Penerapan Rangkaian
Menilai liputan kawasan, kadar data boleh dicapai dan kuasa elektrik yang dibelanjakan oleh rangkaian LoRaWAN, pada skop yang ditentukan oleh keperluan projek. Selepas menetapkan bilangan pintu masuk yang diperlukan dalam kawasan liputan dan tapak penempatan, membina topologi rangkaian (lazimnya topologi bintang-bintang). Pilih dan pasangkan pusat akses LoRaWAN dan peranti lain yang sesuai. Selepas penggunaan perkakasan selesai, tetapkan parameter pintu masuk, mengkonfigurasi pelayan rangkaian, dan mulakan ujian dan pengesahan. Setelah pelaksanaan projek selesai, melakukan pemantauan dan penyelenggaraan peralatan secara berkala.
Ciri Keselamatan LoRaWAN
Penyulitan Hujung ke Hujung
Penyulitan hujung ke hujung melindungi keseluruhan penghantaran dari peranti ke pelayan aplikasi. Ia biasanya mempunyai dua lapisan mekanisme penyulitan, Penyulitan lapisan rangkaian LoRaWAN dan penyulitan lapisan aplikasi. Dua teknik penyulitan di atas menghasilkan dua kunci berbeza NwkSKey dan AppSKey. Ini bermakna semua maklumat akan disulitkan semasa dihantar dari saat peranti menghantar data sehingga data sampai ke pelayan aplikasi. Oleh itu, walaupun gateway atau pembekal perkhidmatan rangkaian perantaraan menerima paket data, mereka tidak akan dapat melihat atau menukar data.
Pengesahan Peranti
LoRaWAN memanfaatkan mekanisme pengesahan peranti yang sangat ketat supaya tidak membenarkan mana-mana peranti yang tidak dibenarkan masuk ke dalam rangkaian. Menyertai rangkaian LoRaWAN mempunyai dua pendekatan utama.
OTAA (Pengaktifan Melalui Udara)
Pilihan ini adalah yang paling selamat daripada semua serangan. bila-bila, peranti bersambung ke rangkaian LoRaWAN, sepasang kunci baharu (kunci sesi rangkaian NwkSKey dan kunci sesi aplikasi AppSKey) dirumuskan. Kekunci ini dibuat berdasarkan DevEUI peranti dan AppKey. Menggunakan OTAA, setiap kali peranti bersambung ke rangkaian, identiti peranti disahkan, dan dengan cara ini, ia disahkan bahawa tiada peranti penyangak dibenarkan pada rangkaian.
ABP (Pengaktifan melalui Pemperibadian)
Dalam teknik ini, kekunci peranti sedia sebelum penggunaan peranti. ABP tidak memerlukan kunci untuk dijana semula tetapi tetap dan tidak dapat mengubah had keselamatan yang ditawarkan menjadikannya lebih rendah daripada OTAA.
Tidak kira sama ada OTAA atau ABP, mekanisme pengesahan peranti LoRaWAN menghalang sebarang komunikasi yang tidak diingini ke dalam rangkaian daripada peranti yang tidak disahkan.
Pengurusan Utama
Penyulitan digunakan dalam semua interaksi antara peranti dan pelayan dan proses penyulitan sedemikian dilaksanakan menggunakan kekunci yang berbeza. Terdapat terutamanya tiga ciri pengurusan utama yang digunakan oleh rangkaian LoRaWAN.
- AppKey digunakan dalam penjanaan kunci sesi dalam proses OTAA. Apabila peranti pengguna mula-mula menyertai rangkaian, kunci ini membantu mencipta kunci sesi rangkaian dan kunci sesi aplikasi.
- NwkSKey ialah kunci yang membantu menyulitkan data komunikasi antara peranti dan pelayan rangkaian.
- AppSKey ialah kunci yang menyulitkan data aplikasi antara peranti dan pelayan aplikasi.
Perlu diingatkan bahawa pengurusan utama dalam LoRaWAN perlu memenuhi keperluan berikut:
- Keunikan: Setiap peranti mempunyai kunci sendiri yang tidak sama dengan peranti lain oleh itu komunikasi peranti tidak akan diganggu oleh peranti lain.
- Kemas kini kunci: Mekanisme OTAA membantu peranti mencipta kunci baharu apabila mereka menyertai rangkaian baharu dan ini meminimumkan risiko yang ditimbulkan oleh penggunaan kekunci statik untuk tempoh yang panjang..
- Keselamatan penyimpanan kunci: Peranti, gerbang dan pelayan harus melindungi kunci ini dengan berkesan kerana penyerang mungkin ingin mendapatkan kunci ini untuk menyahsulit maklumat yang dihantar.
LoRaWAN lwn. Protokol IoT Lain
LoRaWAN lwn. NB-IoT
Liputan: LoRaWAN menawarkan rangkaian komunikasi lanjutan, oleh itu paling berfaedah di kawasan luar bandar atau pedalaman di mana julatnya boleh sehingga 15 kilometer. Sebaliknya, NB-IoT mempunyai radius liputan terhad kira-kira 10 kilometer tetapi lebih berkesan di bandar dan persekitaran dengan banyak struktur.
Penggunaan Kuasa: Penggunaan kuasa LoRaWAN agak rendah oleh itu bateri peranti boleh bertahan selama beberapa tahun yang sesuai untuk penempatan peranti sedemikian untuk jangka masa yang lama. NB-IoT juga sangat cekap tenaga tetapi hayat baterinya lebih pendek disebabkan oleh jumlah data yang dihantar.
Senario aplikasi: Disebabkan oleh penghantaran data jarak jauh dan rendah, LoRaWAN sangat sesuai dalam kes penggunaan aplikasi seperti pertanian pintar, pemantauan alam sekitar dan banyak lagi. Sebaliknya NB IoT lebih terpakai dalam kes di mana volum data adalah intensif dan penembusan isyarat adalah dalam seperti meter pintar dan penyelesaian bandar pintar.
LoRaWAN lwn. Wi-Fi/Bluetooth
Julat: Jarak komunikasi melalui LoRaWAN boleh mencapai beberapa kilometer manakala jarak Wi-Fi dan Bluetooth paling banyak antara beberapa meter hingga kira-kira seratus meter.
Ketahanan Bateri: Kerana kuasa penghantaran yang rendah dan volum data yang sangat rendah yang dihantar oleh LoRaWAN, bateri peranti yang berfungsi boleh cukup lama untuk menahan beberapa tahun penggunaan aktif. sebaliknya, peranti yang menggunakan teknologi Wi-Fi dan Bluetooth termasuk lebih banyak penggunaan kuasa dan oleh itu peranti perlu dicas atau diganti dalam tempoh masa.
Data Throughput: LoRaWAN direka untuk penghantaran kadar data yang rendah dan daya pemprosesannya terhad kepada beberapa paket data sahaja walaupun kependaman tidak menjadi isu., manakala teknologi Wi-Fi dan Bluetooth mencapai daya pemprosesan data yang lebih tinggi dan oleh itu boleh digunakan dalam konteks di mana volum data yang tinggi dihantar.
Memilih Produk dan Penyelesaian LoRaWAN yang Tepat
Memahami Keperluan Anda:
Untuk meraih faedah maksimum menggunakan infrastruktur LoRaWAN, pertimbangan berikut perlu diambil kira.
- Julat: Walaupun LoRaWAN boleh menyokong liputan tanpa wayar dalam jarak yang jauh, kualiti isyarat dihadkan oleh rupa bumi geografi dan bangunan. Adalah penting untuk mempertimbangkan tapak penempatan khusus dan merancang untuk susunan pintu masuk.
- Hayat Bateri: Fikirkan berapa lama anda mengharapkan peranti LoRaWAN anda berfungsi dan pilih peranti yang hayat baterinya dan penggunaan pengendalian kuasa nampaknya baik.
- Data Throughput: Tentukan sama ada anda berminat dengan penghantaran data yang mudah dan jarang atau sebaliknya, banyak data dihantar dengan kerap. LoRaWAN direka untuk digunakan dalam persekitaran di mana penghantaran data tidak begitu tinggi.
- Pendekatan Kos Berkesan: Terdapat kelebihan kos yang sangat ketara untuk rangkaian LoRaWAN apabila ia dilancarkan di kawasan geografi yang luas. Sebaliknya, berdasarkan saiz projek dan input projek seperti kos peralatan, kos pintu masuk dan penyelenggaraan rangkaian, pilih pilihan yang betul.
- Kebolehskalaan: Jika inisiatif anda memerlukan pelbagai sambungan peranti, atau anda lebih suka memasang sambungan peranti dengan mudah pada tahun-tahun akan datang, maka LoRaWAN adalah pilihan yang paling sesuai.
Jenis Peranti LoRaWAN:
Peranti LoRaWAN datang dalam pelbagai bentuk seperti pintu masuk, penderia, tag, modul, dll. Yang terbaru MST01 LoRaWAN® Penderia Suhu dan Kelembapan oleh Minew, menggunakan teknologi LoRaWAN untuk melangkaui kekangan yang ditimbulkan oleh kawasan liputan dengan penderia tradisional malah mengurangkan penggunaan kuasa peranti. Penderia ini amat penting dalam menguruskan logistik dan sistem pengangkutan gudang pintar.
Vendor LoRaWAN Teratas:
Lebih banyak pembekal dalam industri IoT akan menghasilkan produk dan penyelesaian LoRaWAN. Lombong merupakan salah satu syarikat terkemuka dalam bidang ini, pakar dalam penyelesaian perkakasan IoT dan bermegah-megah 200 paten dan sijil keaslian. Anda boleh bekerjasama dengan Minew untuk mencipta penyelesaian perkakasan IoT yang dipesan lebih dahulu untuk keperluan anda.
Masa Depan LoRaWAN
1. Aplikasi Muncul: Dengan peningkatan komunikasi satelit, LoRaWAN boleh menggunakan pemantauan sensor dalam aplikasi seperti pengesanan asap di kawasan hutan yang tidak kelihatan atau pengesanan suhu pada pelampung laut dsb.. Data datang daripada penderia LoRaWAN apabila interaksi berlaku, bandar pintar akan dapat melaksanakan strategi pengurusan pengangkutan yang berkesan.
2. LoRaWAN dan 5G: Penyelesaian untuk automasi industri menggabungkan 5G untuk membolehkan pengendalian peralatan jauh menggunakan data daripada penderia LoRaWAN.
3. LoRaWAN dalam Ekosistem IoT Global: Pasaran aplikasi teknologi LoRaWAN menunjukkan pertumbuhan yang dramatik. Ia diramalkan bahawa oleh 2030 pasaran LoRa dan LoRaWAN IoT global akan berkembang kepada AS$48.4 bilion, dengan kadar pertumbuhan pasaran sebanyak 36.8% semasa tempoh ramalan. Pasaran IoT sememangnya menghargai teknologi kerana kelebihannya yang sangat banyak.
Kesimpulan: Adakah LoRaWAN Sesuai untuk Anda?
Faedah teknologi LoRaWAN adalah jelas. Ia bukan lagi satu keperluan untuk menggunakan gerbang padat untuk menerima isyarat daripada peranti yang terletak jauh. LoRaWAN mampu mengendalikan permintaan projek anda dengan mudah dan pada perbelanjaan yang sangat berpatutan. Dikuasakan oleh rangkaian LoRaWAN, anda juga boleh mengakses data dengan mudah untuk membantu anda membuat keputusan strategik yang akan meningkatkan produktiviti keseluruhan projek dan perniagaan. Dalam pasaran IoT, jumlah produk dan perkhidmatan khusus berdasarkan teknologi LoRaWAN semakin meningkat