LoRaWAN: Eines der interessantesten IoT-Technologien auf dem Markt!

LoRaWAN: Eines der interessantesten IoT-Technologien auf dem Markt

Wenn Sie mit vernetzten Geräten arbeiten, Sie haben auf einen Zeitpunkt oder ein anderes von LoRaWAN gehört. Es ist ein Langstrecken-Netzwerkprotokoll. Es ermöglicht die Vernetzung der Dinge mit dem Internet auch über längere Bereiche mit geringen Energieverbrauch. Dies löst eines der großen Probleme, die Anwendungen im Internet der Dinge haben jetzt konfrontiert up. Mit einer Akkulaufzeit von bis zu fünf Jahren und niedrig Wartungskosten für das Sensornetzwerk, die LoRaWAN kann für eine Vielzahl von neuen Anwendungen eingesetzt werden.

Dies gibt Ihnen einen kurzen Überblick über den LoRaWAN tun kann. In diesem Artikel, schauen wir uns die Architektur, Hauptmerkmale von Kerntechnologie, und die neuesten Anwendungsfälle, wo es verwendet wird,.

Was ist LoRaWAN Technologie?

Das Tolle an dieser Technologie ist, dass es auf einem offenen Standard basiert. Es verwendet ein nicht lizenzierte Spektrum als Teil der ISM-Frequenzband (“industriell, wissenschaftlich, und Medical”, Deutsche: Industrie, Wissenschaft und Medizin). In Europa, die LoRaWAN verwendet die 868 MHz-Frequenzbereich, während in den USA die 915 MHz Frequenzband freigegeben wird. Durch die Verwendung des nicht lizenzierten Spektrums, es ist sehr einfach, Ihr eigenes Netzwerk einzurichten und zu verwenden. Viele Betreiber von Telekommunikationsdiensten verwenden LoRaWAN bereits und bieten modernste Technologie im Rahmen ihres Dienstleistungsangebots in zahlreichen Ländern weltweit. Comcast, KPN, Orange, SK Telecom und viele andere Anbieter implementieren aktiv groß angelegte Einführungen in ihren Märkten. Dies macht LoRaWAN noch interessanter als eine Technologie, weil sie mit den Netzen unterschiedlicher Betreiber kompatibel ist – Groß und klein.

Der LoRaWAN Standard wird von der LoRa Allianz überwacht, der seinerseits besteht aus über 500 Mitglieder, die das Protokoll und align viele ihrer Komponenten unterstützen, Produkte, und Dienstleistungen mit LoRaWAN. Dazu gehören Unternehmen wie MOKOSMART, ARM, Cisco, Mikrochip, und ST.

Was LoRa von LoRaWAN unterscheidet?

Beginnen wir mit der Definition von Lora – was ist es genau, und wie unterscheidet es sich von LoRaWAN? LoRa ist eine drahtlose Technologie ähnlich wie häufige Technologien wie WLAN oder WLAN, Bluetooth, LTE, und Zigbee. jedoch, Technologie oft nicht alle Anforderungen abdecken, was bedeutet, dass die Nutzer haben, Kompromisse akzeptieren. LoRa erfüllt die Nachfrage nach Low-Cost, batteriebetriebene Geräte, die Daten über große Entfernungen übertragen können. jedoch, LoRa ist nicht die richtige Lösung für die Übertragung von Daten über große Bandbreiten. LoRa ist eine Technologie, wandelt Daten in elektromagnetische Wellen übertragen werden,. Diese Technik wird auch als Chirp-Spread-Spektrum bekannt,es ist seit Jahrzehnten in Militär- und Weltraumkommunikation verwendet. Es ist aufgrund des langen Kommunikationsbereich und die geringen Störanfälligkeit.

LoRaWAN, auf der anderen Seite, das MAC-Protokoll für das Netzwerk von High-Performance-Lora Knoten auf dem Internet der Dinge basiert, die decken große Reichweiten und haben einen geringen Energiebedarf. Es nutzt die Vorteile von Lora oben beschrieben und optimiert die Lebensdauer der Batterie und die Servicequalität für den LoRa Knoten. Das Protokoll ist vollständig bidirektionale, das gewährleistet eine zuverlässige Nachrichtenübertragung (Bestätigung). End-to-End-Verschlüsselung für die Sicherheit und den Datenschutz zur Verfügung gestellt, Over-the-Air-Registrierung von Endnoten und Multicast-Funktionen. Der Standard stellt sicher, auch die Kompatibilität mit LoRaWAN Netzwerken auf der ganzen Welt.

LoRaWAN Architektur besteht im wesentlichen aus vier Elementen:

• Endknoten

• Gateway (Basisstationen / router)

• Netzwerk-Server

• Anwendungsserver

Endknoten

Endknoten sind physische Hardware-Geräte, die mit Sensorfunktionen ausgestattet sind,, eine bestimmte Menge an Rechenleistung und ein Funkmodul, das die Daten in ein Funksignal zum Übersetzen. Diese Endgeräte können Daten an das Gateway übertragen und diese auch erhalten. Selbst mit einer kleinen Batterie, sie kann mehrere Jahre dauern, wenn sie in den Tiefschlaf-Modus zu optimieren Energieverbrauch gesetzt werden.

Wenn ein Gerät sendet eine Nachricht an das Gateway, Dies wird als ein bekannter “Uplink”. Die Antwort, die das Terminal von dem Gateway empfängt aufgerufen “Downlink”. Auf dieser Grundlage, unterscheidet man zwischen drei Typen von Endgeräten gemacht:

• Klasse a

• Klasse b

• Klasse C

Geräte der Klasse A haben den geringsten Energieverbrauch im Vergleich zu den beiden anderen Klassen. jedoch, diese können nur einen Downlink erhalten, wenn sie einen Uplink gesendet haben. Geräte der Klasse A sind für die Übertragung von Daten mit zeitbasierten Intervallen (z.B.. jeden 15 Protokoll) oder für Geräte, die Sendedaten basierend auf Ereignissen (z.B.. wenn die Temperatur steigt über 21 Grad oder kleiner ist 19 Grad).

Klasse B Endknoten erlauben mehr Nachricht Steckplätze für Downlinks als Klasse A. Dies reduziert die Nachrichtenlatenz, sondern ist auch weniger energieeffizient.

Schließlich, Klasse C hat ein laufendes Fenster erhalten, die nur geschlossen ist, wenn das Gerät über eine Uplink-Nachricht sendet,. Deshalb, Dies ist die am wenigsten energieeffiziente Variante, die oft erfordert eine Konstantstromquelle zu betreiben.

Gateways

Gateways werden auch als Modem oder Access Points bekannt. Ein Gateway ist auch ein Hardware-Gerät, das alle LoRaWAN Nachrichten von Endgeräten empfängt,. Diese Nachrichten werden dann in einem Array von Bits umgewandelt, die gegenüber herkömmlichen IP-Netze übertragen werden können,. Das Gateway ist mit dem Netzwerk-Server verbunden, dass alle Nachrichten überträgt.

Gateways sind transparent und haben Rechenleistung begrenzt. Komplexere Aufgaben werden in dem Netzwerk-Server durchgeführt. Je nach Einsatzgebiet und Typ, Gateways sind in zwei Versionen erhältlich:

Gateways für den Innenbereich, z.B.. MKGW2-LW, MOKOSMART.

Network Server

Alle Nachrichten von dem Gateways werden an den Netzwerk-Server weitergeleitet. Dies ist, wo die komplizierteren Datenverarbeitungsprozesse stattfinden. Der Netzwerkserver ist verantwortlich für:

1. Routing / Weiterleiten von Nachrichten an die richtige Anwendung;

2. Die Auswahl des besten Gateway für die Downlink-Nachrichten. Diese Entscheidung wird in der Regel auf der Grundlage eines Verbindungsqualitätsindikatoren gemacht, der seinerseits über die RSSI berechnet (Received Signal Strength Indication) und das SNR (Signal to Noise Ratio) von Paketen, die zuvor empfangen wurden,;

3. Entfernen von doppelten Nachrichten, wenn sie von mehreren Gateways empfangen;

4. Entschlüsseln von Nachrichten von Endknoten und Verschlüsseln von Nachrichten gesendet zu den Knoten zurück;

5. Gateways in der Regel mit dem Netzwerk-Server auf einem verschlüsselten Internet-Protokoll-Verbindung (IP) Verknüpfung. Das Netzwerk umfasst in der Regel die Inbetriebnahme des Gateways und eine Überwachungsschnittstelle, die die Netzbetreiber ermöglicht Gateways verwalten, Abhilfe Störungen, Monitor Alarme, etc. …

Anwendungsserver

Der Anwendungsserver ist, wo die IoT-Anwendung befindet – Dies ist besonders nützlich für die Daten Endgeräte erfasst unter Verwendung von. In den meisten Fällen, Applikationsservern laufen über eine private oder öffentliche Cloud, die mit dem Netzwerkserver und LoRaWAN Handles anwendungsspezifische Verarbeitung verbunden ist. Die Schnittstelle mit dem Anwendungsserver durch den Netzwerk-Server gesteuert werden.

• LoRaWAN Funktionen

• Bi-direktionale Kommunikation

Ein Endgerät kann Sendedaten an das Gateway und empfangen auch sie entsprechend den Einstellungen. Diese Einstellungen können auch in der Anwendung aufgerufen werden.

Lokalisierung

Eine interessante Funktion von LoRaWAN ist die Lokalisierung, ohne die Notwendigkeit für GPS. Dies ist besonders nützlich für Tracking-Systeme und Sensoren, da sie batterieleistungsfähig und kann kostengünstiger als herkömmliche Verfahren beibehalten werden.

Skalierbarkeit

LoRaWAN wurde für große IoT-Installationen konzipiert, in denen Tausende von Geräten mit einer überschaubaren Anzahl von Gateways vernetzen. Diese Gateways können mehrere Kanäle überwachen und mehrere Nachrichten gleichzeitig verarbeiten.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von LoRaWAN ist die Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden können. Es gibt verschiedene Datenraten, die für die Übertragung verwendet werden können,. Diese werden auch Faktoren genannt Verbreitung (SF). Eine langsamere Übertragung ermöglicht einen längeren und zuverlässigere Bereich.

Beispielsweise, vorstellen, dass Sie sprechen mit jemandem, der Ihnen sehr nahe. Sie können in dieser Situation sehr schnell sprechen und Ihr Gegenüber versteht alles, was Sie sagen,. Wenn Sie mit jemandem sprechen, der ist weit weg von dir, Sie haben viel langsamer zu sprechen, zu verstehen,. Dieses Prinzip gilt auch für das LoRaWAN Protokoll.

Adaptive Data Rate

mit LoRaWAN, kann das Netzwerk automatisch optimieren auch die Geschwindigkeit, mit der das Gerät seine Daten überträgt,. Diese Funktion ist die adaptive Datenrate genannt (oder ADR) und ist besonders wichtig, um die Kapazität eines LoRaWAN Netzwerks zu erhöhen. ADR ermöglicht es uns leicht, das Netzwerk zu skalieren, indem Sie einen anderen Gateway Hinzufügen. Aufgrund dieses Gateway, viele Endgeräte nun automatisch ihren Spreizfaktor einzustellen. Als Ergebnis, Die einzelnen Geräte sind kürzer “in der Luft”, was bedeutet, mehr Kapazität für das Netzwerk.

Die adaptive Datenrate (Abkürzung: ADR) ist ein einfacher Mechanismus, um die Datenrate entsprechend den folgenden Regeln einstellt:

Wenn die Funksignalstärke (auch genannt “Link-Budget”) ist hoch, kann die Datenrate erhöht werden;

Wenn das Link-Budget ist gering, kann die Datenrate reduziert werden.

Sicherheit

Es ist wichtig für jeden LPWAN eine umfassende Sicherheitslösung zu verwenden,. LoRaWAN verwendet zwei Sicherheitsstufen: ein für das Netzwerk und einem für die Anwendung. Netzwerksicherheit gewährleistet die Authentizität des End-Geräts im Netzwerk, während die Anwendungsebene stellt sicher, dass der Netzbetreiber keinen Zugriff auf die Anwendungsdaten von Endnutzern hat. AES-Verschlüsselung ist für den Schlüsselaustausch verwendet.

Die Netzebene ist für die Identifizierung des Knotens. Es wird überprüft, ob eine Nachricht kommt von einem bestimmten Gerät wirklich und ist auch eine Integritätsprüfung betrachtet. Es kann auch MAC-Befehle verschlüsseln.

Die Anwendungsebene ist für die Entschlüsselung und Verschlüsselung von Nutzdaten verwendet.

Beide Schlüssel werden verschlüsselt mit 128 Bit-AES im ECB-Modus.

Anwendungsfälle und Anwendungsbereiche

LoRaWAN hat seinen Platz auf dem Markt in Bezug auf Anwendungen und Anwendungsbereiche gefunden. Dank seiner einzigartigen Eigenschaften, LoRaWAN eignet sich am besten für Szenarien wie diese:

1. Der Zugang zu Strom (Elektrizität) begrenzt oder eingeschränkt ist;

2. Die Standorte sind körperlich schwer zugänglichen oder sehr abgelegen;

3. Die Anzahl der Endgeräte ist signifikant höher im Vergleich zu dem herkömmlichen Mobilfunkverbindungen;

4. Die Endgeräte müssen nicht Nachrichten senden kontinuierlich.