LoRa ist ein offener Funkstandard eines Low Power Wide Area Network (LPWAN) für nur kleine Datenmengen. Daher ist es für eine große Reichweite geeignet.
Wie für LoRaWAN, Dies ist der Name für ein Funknetzwerk, das auf LoRa basiert. LoRa und verwendet Frequenzbänder aus den lizenzfreien ISM-Bändern. Dies bedeutet, dass ein LoRaWAN eine Alternative oder Ergänzung zum herkömmlichen Mobilfunknetz mit einem zentralen Netzbetreiber sein kann. Was ist mehr, Ein LoRaWAN wird auch als 0G-Netzwerk bezeichnet, um es von der herkömmlichen Mobilkommunikation zu unterscheiden.
Da LoRa ein offener Funkstandard ist, Jeder kann ein LoRaWAN als IoT- oder M2M-Netzwerk mit bidirektionaler Kommunikation einrichten oder eine Community-basierte Lösung verwenden.
Hinweis: Das amerikanische LoRaWAN unterscheidet sich vom europäischen LoRaWAN. Dies wirkt sich auf die Übertragungsrate und damit auch auf den Energieverbrauch aus.
Eigenschaften
• Verbindung: Uplink-orientiert, bidirektional, Bestätigungsmodus möglich
• Modulation: Chirp Spread Spectrum und FSK
• Netzwerkarchitektur: Die Endgeräte kommunizieren mit Gateways, die die Datenpakete an einen Server übertragen. Der Server verfügt über Schnittstellen für die Verbindung mit IoT-Plattformen und -Anwendungen.
• Frequenzbereiche: 868 MHz (863–870 MHz, in mehrere Teilbänder unterteilt) in Europa und 915 MHz in den USA. Die Kanalnutzungsdauer ist in vielen Ländern durch Vorschriften begrenzt (Auslastungsgrad).
• Reichweite: Abhängig von der Topographie, bis zu 2 km in städtischen Gebieten und bis zu 15 km in ländlichen Gebieten. Eine gute Durchdringung von Gebäuden wird erreicht.
• Energieverbrauch: Zwischen 10 mA und 100 nA im Schlafmodus. Abhängig von der Anwendung, Die Akkulaufzeit beträgt 2 zu 15 Jahre.
• Funkkanalbandbreite: 125 kHz
• Empfindlichkeit: -137 dBm
• Übertragungsleistung: +20 dBm oder maximal 25 mW
• Datenpakete: MICH: max. 51 Bytes / USA: max. 11 Bytes Benutzerdaten pro Paket
• Übertragungsrate: Zwischen 250 bisschen / s und 50 kbit / s
Übertragungstechnik
Um eine hohe Effizienz bei der Datenübertragung und beim Energieverbrauch zu erreichen, LoRaWAN verwendet eine Frequenzspreizung. Dadurch können Störungen weitgehend vermieden und Schmalbandstörungen vermieden werden.
Die Übertragungsmethode wird aufgerufen “Chirp Spread Spectrum”. Und die Signalübertragung erfolgt als eine Art Zwitschern. Dann, Der gechirpte Impuls ist über einen weiten Frequenzbereich verteilt. Die Bandbreite kann optional für eine hohe Datenrate oder eine robuste Übertragung verwendet werden. Der Spreizfaktor und die Bandbreite bestimmen, wie hoch die Datenrate sein kann und wie hoch die Empfangswahrscheinlichkeit ist.
Signale, die mit unterschiedlichen Spreizfaktoren moduliert und über denselben Frequenzkanal übertragen werden, stören sich nicht gegenseitig. Die Orthogonalität der Spreizfaktoren ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Endgeräte auf demselben Kanal.
Die LoRa-Signale sind sehr robust gegen In-Band- und Out-of-Band-Interferenzen. Ihre Unempfindlichkeit gegenüber Mehrwegempfang oder Fading gewährleistet eine große Reichweite in städtischen Gebieten.
LoRaWAN-Netzwerkarchitektur
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 stellt eine Verbindung zum Netzwerkserver her. 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 bei 868 MHz. Hier empfangen die LoRa-Chips die Chirpsignale. Wie für Gateways, andererseits, Mit dem Internet verbinden.
Die Gateways eines LoRaWAN bilden idealerweise ein engmaschiges Netzwerk und können auf der ganzen Welt verteilt werden.
Eine Nachricht kann von einem oder mehreren Gateways empfangen werden. Die Gateways leiten diese ohne weitere Intervention an den Netzwerkserver weiter.
In einem LoRaWAN, Die Netzwerkserver sind dafür verantwortlich, den Absender zu identifizieren und das Paket an einen Anwendungsserver weiterzuleiten.
Der Netzwerkserver sorgt dafür, unter anderem, dass eine Nachricht nur einmal auf dem Anwendungsserver eintrifft, unabhängig davon, wie viele Gateways es erhalten haben.
Privates oder gemeinschaftliches Netzwerk
Grundsätzlich kann jeder sein eigenes LoRaWAN betreiben. Da LoRa im nicht zugewiesenen Frequenzbereich arbeitet, Es sind keine Lizenzkosten für Frequenzen erforderlich.
Wenn Sie nur in einem begrenzten Bereich ein LoRaWAN einrichten müssen, Der Betrieb Ihrer eigenen Gateways und Server kann sinnvoll sein.
jedoch, wenn Sie auf ein Weitverkehrsnetz angewiesen sind, Sie können auch kontaktieren MOKOSmart, Wir betreiben nur unser eigenes Gateway, das spricht zu den Servern über das Internet. In Bezug auf die Sicherheit, Sie müssen nur dem Netzwerkserver vertrauen, um die empfangenen Datenpakete und den Anwendungsserver zuzustellen, was den Inhalt entschlüsseln kann.
Angebot
LoRa hat eine hohe Empfindlichkeit von -137 dBm, Dies erhöht die Verfügbarkeit des Netzwerks. Die Signale dringen problemlos in Gebäudewände ein und können auch Keller oder andere sogenannte tiefe Innenräume erreichen.
Der Abstand zwischen Sender und Empfänger beträgt ungefähr 3 km (Stadt), ca.. 6 km (Vororte) und bis zu 13 km (ländliche Gebiete) abhängig von der Umgebung und den bebauten Gebieten.
Der Abstand zwischen dem LoRa-Sender und dem Empfänger hängt vom Spreizfaktor ab, die Bandbreite, die ausgewählte Sendeleistung des LoRa-Chips und der verwendeten Antenne.
Übertragungsrate
Maximierung der Akkulaufzeit und Steuerung der gesamten Netzwerkkapazität (begrenzt durch regulatorische Anforderungen), LoRa steuert die Datenrate und die HF-Ausgabe individuell mithilfe der adaptiven Datenrate (ADR) für jedes Endgerät.
Die Kommunikation zwischen Terminal und Gateway erfolgt auf unterschiedlichen Frequenzkanälen mit unterschiedlichen Datenraten. Der Datenbereich ist 0. 3 zu 50 kbit / s. Die physische Paketgröße ist 64 Bytes. 13 Für den Header sind Bytes erforderlich. Diese Blätter 51 Bytes für die Benutzerdaten.
Hinweis: in den Vereinigten Staaten, Kanalzeit ist begrenzt auf 400 Millisekunden. Dies bedeutet, dass nur maximal 11 Bytes von Benutzerdaten können pro Paket übertragen werden.
Der SF12 (Ausbreitungsfaktor) beim 125 kHz (Bandbreite) erreicht nur 250 bisschen / s (Datenrate). Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Empfänger den Chirp-Impuls wahrnimmt, da es für ihn vergleichsweise einfach ist, die Signale vom Rauschen zu unterscheiden.
Die am schnellsten angegebene Kombination ist SF7 bei 250 kHz Bandbreite. Dies führt zu 11,000 bps.
Energieverbrauch
Der LoRa-Modulationsprozess ermöglicht eine optimale Sendeleistung bei möglichst geringem Stromverbrauch des Senders. Der niedrige Energieverbrauch ermöglicht eine Batterielebensdauer von bis zu 15 Jahre.
Dies vereinfacht die Handhabung und ist kostengünstig, da keine separate Stromversorgung erforderlich ist.
Geräteklassen
LoRa unterscheidet zwischen verschiedenen Geräteklassen, wobei nur Klasse A für Anwendungen im Internet der Dinge interessant ist. Das Endgerät befindet sich in einem batteriesparenden Zustand und sendet nur kurz, wenn sich der Zustand ändert. Etwas kann nur während dieser Zeit an das Terminal gesendet werden.
Zusammen mit dem Funkmodul, Diese Endgeräte sind aufgrund ihrer Einfachheit sehr kostengünstig und eignen sich auch zur Deckung eines hohen Bedarfs.
Wenn Geräte auch außerhalb dieses Zeitraums angesprochen werden können, Geräteklasse B oder C muss tatsächlich ausgewählt sein, was den Stromverbrauch stark erhöht und, abhängig vom Netzwerk, wird überhaupt nicht unterstützt.
Anwendungen
LoRa ist hauptsächlich für statische Sensoranwendungen konzipiert. Typische Anwendungen sind das Aufzeichnen, Statusinformationen abfragen und austauschen. Mit Sensoren an jedem Ort, Informationen können bestimmt oder erhalten werden, die leicht in eine Anwendung integriert werden kann.
1. Intelligentes Zuhause
2. Smart City
3. Intelligente Fabrik
4. Intelligente Landwirtschaft
5. Intelligenter Transport
