LoRa – Ein Open Radio Standard LPWAN

LoRa - Ein Open Radio Standard LPWAN

LoRa ist ein offener Funkstandard eines Low Power Wide Area Network (LPWAN) für nur kleine Datenmengen. Daher ist es geeignet für eine Langstrecke.

Wie für LoRaWAN, es ist der Name für ein Netzwerk Radio nach LoRa. LoRa und nutzt Frequenzbänder aus den lizenzfreien ISM-Bändern. Dies bedeutet, dass ein LoRaWAN eine Alternative oder Ergänzung zum traditionellen Mobilfunknetz mit einem zentralen Netzbetreiber sein kann. Was ist mehr, ein LoRaWAN wird auch als 0G Netz bezeichnet, um sie von traditionellen Mobilfunk zu unterscheiden.

Da LoRa ist ein offener Funkstandard, jeder kann eine LoRaWAN als IoT oder M2M-Netzwerk mit bidirektionaler Kommunikation oder verwenden, um eine Community-basierte Lösung einzurichten.

Hinweis: Amerikanische LoRaWAN unterscheidet sich von europäischen LoRaWAN. Dies hat Auswirkungen auf die Übertragungsgeschwindigkeit und damit auch auf den Energieverbrauch.

Eigenschaften

• Anschluss: Uplink orientiert, bidirektionale, Quittierungsmodus möglich

• Modulation: Chirp Spread Spectrum und FSK

• Netzwerkarchitektur: Die Endgeräte kommunizieren mit Gateways, die Übertragung der Datenpakete zu einem Server. Der Server verfügt über Schnittstellen für den Anschluss an das Internet der Dinge Plattformen und Anwendungen.

• Frequenzbereiche: 868 MHz (863-870 MHz, in mehrere Subbänder geteilt) in Europa und 915 MHz in den USA. Die Kanalnutzungsdauer wird durch Vorschriften in vielen Ländern begrenzt (Auslastungsgrad).

• Angebot: In Abhängigkeit von der Topographie, bis zu 2 km in städtischen Gebieten und bis zu 15 km in ländlichen Gebieten. Gute Durchdringung von Gebäuden erreicht.

• Energieverbrauch: Zwischen 10 mA und 100 nA im Sleep-Modus. Je nach Anwendung, die Lebensdauer der Batterie ist 2 zu 15 Jahre.

• Funkkanalbandbreite: 125 kHz

• Empfindlichkeit: -137 dBm

• Übertragungsleistung: +20 dBm oder maximal 25 mW

• Datenpakete: US: max. 51 Bytes / USA: max. 11 Byte Nutzdaten pro Paket

• Übertragungsrate: Zwischen 250 bisschen / s und 50 kbit / s

Übertragungstechnik

LoRa Übertragungstechnik

Zur Erzielung einer hohen Effizienz bei der Datenübertragung und Energieverbrauch, LoRaWAN verwendet eine Frequenzspreizung. Es ermöglicht Störungen werden weitgehend vermieden und schmalbandigen Störungen vermieden werden.

Das Übertragungsverfahren wird aufgerufen “Chirp Spread Spectrum”. Und die Signalübertragung erfolgt als eine Art Zwitschern. Dann, der Chirp-Impuls wird über einen weiten Frequenzbereich verteilt. Die Bandbreite kann wahlweise für eine hohe Datenrate oder eine robuste Übertragung verwendet werden. Der Ausbreitungsfaktor und die Bandbreite bestimmen, wie hoch die Datenrate und sein, wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Empfangs ist.

Signale, die mit unterschiedlichen Spreizfaktoren und übertragen über den gleichen Frequenzkanal moduliert werden, interferieren nicht miteinander. Die Orthogonalität der Spreizfaktoren ermöglicht die gleichzeitige Übertragung von mehreren Endgeräten auf dem gleichen Kanal.

Die LoRa Signale sind sehr robust gegenüber In-Band und Out-of-Band-Interferenz. Ihre Unempfindlichkeit gegenüber Mehrwegempfang oder Verblassen sorgt für einen Langstrecken in städtischen Gebieten.

LoRaWAN Network Architecture

Die LoRaWAN Netzwerkarchitektur besteht aus vielen Endgeräten in Form von Sensoren und Aktoren, mehrere Gateways und ein zentraler Netzwerkserver. Das Endgerät kommuniziert mit dem Gateway. Das Gateway eine Verbindung mit dem Netzwerkserver. Dann kommuniziert der Netzwerkserver über verschiedene Protokolle (z.B.. SICH AUSRUHEN, MQTT, etc.) mit einer Anwendung, die betrieben wird,, beispielsweise, als Anwendung in der Cloud.

In einem LoRaWAN, Gateways sind die Empfänger für die Funksignale an 868 MHz. Hier werden die LoRa Chips empfangen die Chirp-Signale. Wie für Gateways, auf der anderen Seite, Mit dem Internet verbinden.

Die Gateways eines LoRaWAN idealerweise ein engmaschiges Netz bilden und auf der ganzen Welt verteilt werden können.

Eine Nachricht kann von einem oder mehreren Gateways empfangen werden,. Die Gateways leiten diese an den Netzwerk-Server ohne weitere Intervention.

In einem LoRaWAN, die Netzwerkserver sind für den Absender zu identifizieren und das Paket an einen Anwendungsserver weiterleitet.

Die Netzwerk-Server gewährleistet, unter anderem, dass eine Nachricht auf dem Anwendungsserver nur einmal ankommt, unabhängig davon, wie viele Gateways haben sie empfangen.

Private oder Community Network

Grundsätzlich kann jeder seine eigenen LoRaWAN betreiben. Da arbeitet LoRa in dem nicht-zugewiesenen Frequenzbereich, keine Lizenzkosten für Frequenzen sind notwendig.

Wenn Sie nur eine LoRaWAN in einem begrenzten Bereich einrichten müssen, der Betrieb des eigenen Gateways und Server können Sinn machen.

jedoch, wenn Sie sind abhängig von einem Wide-Area-Funknetz, Sie können auch Kontakt MOKOSmart, wir unser eigenes Gateway nur betreiben, was spricht auf die Server über das Internet. Im Hinblick auf die Sicherheit, Sie müssen nur den Netzwerkserver vertrauen die empfangenen Datenpakete und den Anwendungsserver zu liefern, die den Inhalt entschlüsseln kann.

Angebot

LoRa hat eine hohe Empfindlichkeit von -137 dBm, das erhöht die Verfügbarkeit des Netzes. Die Signale durchdringen Wände bauen ohne Probleme und kann auch Keller- oder anderen erreichen sogenannte tiefe Innenräumen.

Der Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger beträgt ca. 3 km (Stadt), ca.. 6 km (Vororte) und bis zu 13 km (ländliche Gebiete) je nach Umgebung und innerorts.

Der Abstand zwischen dem LoRa Sender und dem Empfänger ist abhängig von dem Spreizfaktor, die Bandbreite, die gewählte Sendeleistung des LoRa Chip und der Antenne verwendet.

Übertragungsrate

Um die Batterielebensdauer zu maximieren und die Gesamtnetzwerkkapazität steuern (von regulatorischen Anforderungen begrenzt), LoRa steuert die Datenrate und die HF-Ausgang individuell adaptive Datenrate unter Verwendung von (ADR) für jede Endvorrichtung.

Die Kommunikation zwischen dem Endgerät und Gateway erfolgt auf unterschiedlichen Frequenzkanälen mit unterschiedlichen Datenraten. The range of data is 0. 3 zu 50 kbit / s. Die physische Paketgröße 64 Bytes. 13 Bytes für den Header erforderlich. Diese Blätter 51 Bytes für die Nutzdaten.

Hinweis: in den Vereinigten Staaten, Kanalzeit ist nach oben begrenzt auf 400 Millisekunden. Dies bedeutet, dass nur maximal 11 Byte Nutzdaten können pro Paket übertragen werden,.

der SF12 (Spreizfaktor) beim 125 kHz (Bandbreite) nur achieves 250 bisschen / s (Datenrate). Der Empfänger ist sehr wahrscheinlich den Chirp-Impuls zu erkennen, weil es vergleichsweise einfach ist für sie die Signale vom Rauschen zu unterscheiden.

Die schnellste angegebene Kombination ist SF7 bei 250 kHz Bandbreite. Dies führt zu 11,000 bps.

Energieverbrauch

Die LoRa Modulationsverfahren ermöglichen eine optimale Sendeleistung mit möglichst geringen Stromverbrauch durch den Sender. Der geringe Energieverbrauch ermöglicht Akkulaufzeit von bis zu 15 Jahre.

Dies vereinfacht die Handhabung und ist kostengünstig, da keine separate Stromversorgung benötigt wird.

Geräteklassen

LoRa unterscheidet zwischen verschiedenen Geräteklassen, wobei nur die Klasse A ist für Anwendungen im Internet der Dinge interessant. Und das Ende Gerät ist in einem Batteriesparzustand und überträgt nur kurz auf, wenn sich der Zustand ändert. Etwas kann nur während dieser Zeit an das Endgerät gesendet werden.

Zusammen mit dem Funkmodul, Diese Endgeräte sind sehr preiswert wegen ihrer Einfachheit und eignen sich auch zum Abdecken einer hohen Nachfrage.

Wenn Geräte können auch außerhalb dieser Zeit angegangen werden, Geräteklasse B oder C muss tatsächlich ausgewählt werden, das erhöht den Stromverbrauch und, Je nach Netzwerk, wird nicht unterstützt.

Anwendungen

LoRa ist in erster Linie für den statischen Sensoranwendungen gemacht. Typische Anwendungen sind Aufzeichnungs, Abfragen von Statusinformationen auszutauschen und. Mit Sensoren an jedem Standort befindet, Information kann bestimmt oder erhalten werden,, die sich leicht in eine Anwendung integriert werden können,.

1. Intelligentes Zuhause
2. Smart City
3. Smart-Fabrik
4. Smart Farming
5. Smart-Transport