LoRa – Un standard radio ouvert de LPWAN

LoRa - Un standard radio ouvert de LPWAN

LoRa est une norme radio ouverte d'un réseau étendu à faible puissance (LPWAN) pour seulement de petites quantités de données. Par conséquent, il convient à une longue portée.

Pour ce qui est de LoRaWAN, c'est le nom d'un réseau radio basé sur LoRa. LoRa et utilise les bandes de fréquences des bandes ISM sans licence. Cela signifie qu'un LoRaWAN peut être une alternative ou un complément au réseau mobile traditionnel avec un opérateur de réseau central. Quoi de plus, un LoRaWAN est également appelé réseau 0G pour le différencier des communications mobiles traditionnelles.

Puisque LoRa est une norme radio ouverte, tout le monde peut configurer un LoRaWAN en tant que réseau IoT ou M2M avec communication bidirectionnelle ou utiliser une solution communautaire.

Remarque: Le LoRaWAN américain est différent du LoRaWAN européen. Cela a un impact sur le débit de transmission et donc aussi sur la consommation d'énergie.

Caractéristiques

• Lien: Orienté vers la liaison montante, bidirectionnel, mode d'acquittement possible

• Modulation: Chirp Spread Spectrum et FSK

• Architecture de réseau: Les appareils finaux communiquent avec les passerelles, qui transmettent les paquets de données à un serveur. Le serveur possède des interfaces pour se connecter aux plates-formes et applications IoT.

• Gammes de fréquences: 868 MHz (863–870 MHz, divisé en plusieurs sous-bandes) en Europe et 915 MHz aux USA. La période d'utilisation des canaux est limitée par les réglementations de nombreux pays (cycle de service).

• Gamme: Selon la topographie, Jusqu'à 2 km en zone urbaine et jusqu'à 15 km en milieu rural. Une bonne pénétration des bâtiments est obtenue.

• Consommation d'énergie: Entre 10 mA et 100 nA en mode veille. Selon l'application, la durée de vie de la batterie est 2 à 15 années.

• Bande passante des canaux radio: 125 kHz

• Sensibilité: -137 dBm

• Puissance d'émission: +20 dBm ou un maximum de 25 mW

• Paquets de données: MOI: max. 51 octets / Etats-Unis: max. 11 octets de données utilisateur par paquet

• Taux de transfert: Entre 250 bit / le sable 50 kbit / s

Technologie de transmission

Technologie de transmission LoRa

Pour atteindre une efficacité élevée dans le transfert de données et la consommation d'énergie, LoRaWAN utilise un écart de fréquence. Il permet d'éviter les interférences en grande partie et les interférences à bande étroite.

La méthode de transmission est appelée “Chirp Spread Spectrum”. Et la transmission du signal a lieu comme une sorte de gazouillis. ensuite, l'impulsion gazouillée est répartie sur une large gamme de fréquences. La bande passante peut être utilisée en option pour un débit de données élevé ou une transmission robuste. Le facteur d'étalement et la bande passante déterminent la hauteur du débit et la probabilité de réception..

Les signaux modulés avec différents facteurs d'étalement et transmis sur le même canal de fréquence n'interfèrent pas entre eux. L'orthogonalité des facteurs d'étalement permet la transmission simultanée de plusieurs terminaux sur le même canal.

Les signaux LoRa sont très robustes contre les interférences intrabande et hors bande. Leur insensibilité à la réception par trajets multiples ou à la décoloration garantit une longue portée dans les zones urbaines.

Architecture du réseau LoRaWAN

L'architecture du réseau LoRaWAN se compose de nombreux appareils terminaux sous forme de capteurs et d'actionneurs, plusieurs passerelles et un serveur de réseau central. Le terminal communique avec la passerelle. La passerelle se connecte au serveur réseau. Ensuite, le serveur réseau communique via différents protocoles (par exemple. DU REPOS, MQTT, etc.) avec une application exploitée, par exemple, comme une application dans le cloud.

Dans un LoRaWAN, les passerelles sont les récepteurs des signaux radio à 868 MHz. Ici, les puces LoRa reçoivent les signaux chirp. Quant aux passerelles, d'autre part, connecter à Internet.

Les passerelles d'un LoRaWAN forment idéalement un réseau serré et peuvent être distribuées partout dans le monde.

Un message peut être reçu par une ou plusieurs passerelles. Les passerelles les transmettent au serveur de réseau sans autre intervention.

Dans un LoRaWAN, les serveurs réseau sont chargés d'identifier l'expéditeur et de transmettre le package à un serveur d'applications.

Le serveur réseau assure, entre autres, qu'un message n'arrive qu'une seule fois sur le serveur d'applications, quel que soit le nombre de passerelles qui l'ont reçu.

Réseau privé ou communautaire

Fondamentalement, tout le monde peut exploiter son propre LoRaWAN. Étant donné que LoRa fonctionne dans la plage de fréquences non affectée, aucun frais de licence pour les fréquences n'est nécessaire.

Si vous n'avez qu'à installer un LoRaWAN dans une zone limitée, le fonctionnement de vos propres passerelles et serveurs peut avoir un sens.

toutefois, si vous dépendez d'un réseau radio étendu, vous pouvez également contacter MOKOSmart, nous exploitons uniquement notre propre passerelle, qui parle aux serveurs sur Internet. Concernant la sécurité, vous n'avez qu'à faire confiance au serveur réseau pour livrer les paquets de données reçus et le serveur d'applications, qui peut décrypter le contenu.

Intervalle

LoRa a une sensibilité élevée de -137 dBm, ce qui augmente la disponibilité du réseau. Les signaux pénètrent dans les murs des bâtiments sans aucun problème et peuvent également atteindre les caves ou autres endroits intérieurs profonds.

La distance entre l'émetteur et le récepteur est d'environ 3 km (ville), environ. 6 km (banlieue) et jusqu'à 13 km (zones rurales) en fonction de l'environnement et des zones bâties.

La distance entre l'émetteur LoRa et le récepteur dépend du facteur d'étalement, la bande passante, la puissance d'émission sélectionnée de la puce LoRa et de l'antenne utilisée.

Taux de transfert

Pour maximiser la durée de vie de la batterie et contrôler la capacité globale du réseau (limité par les exigences réglementaires), LoRa contrôle le débit de données et la sortie RF individuellement en utilisant le débit de données adaptatif (ADR) pour chaque appareil terminal.

La communication entre le terminal et la passerelle s'effectue sur différents canaux de fréquence avec différents débits de données. La gamme de données est 0. 3 à 50 kbit / s. La taille physique du package est 64 octets. 13 octets sont nécessaires pour l'en-tête. Cela laisse 51 octets pour les données utilisateur.

Remarque: aux Etats-Unis, le temps de canal est limité à 400 millisecondes. Cela signifie que seul un maximum de 11 octets de données utilisateur peuvent être transmis par paquet.

Le SF12 (facteur d'étalement) à 125 kHz (largeur de bande) réalise seulement 250 bit / s (débit de données). Le récepteur est très susceptible de percevoir l'impulsion de chirp car il est relativement facile pour lui de distinguer les signaux du bruit.

La combinaison spécifiée la plus rapide est SF7 à 250 bande passante kHz. Cela mène à 11,000 bps.

Consommation d'énergie

Le processus de modulation LoRa permet une puissance de transmission optimale avec la consommation d'énergie la plus faible possible de l'émetteur. La faible consommation d'énergie permet une autonomie allant jusqu'à 15 années.

Cela simplifie la manipulation et est peu coûteux car aucune alimentation séparée n'est requise.

Classes d'appareils

LoRa différencie les différentes classes de périphériques, où seule la classe A est intéressante pour les applications dans l'Internet des objets. Et l'appareil final est dans un état d'économie de batterie et ne transmet que brièvement lorsque l'état change. Quelque chose ne peut être envoyé au terminal que pendant ce temps.

Avec le module radio, ces dispositifs terminaux sont très peu coûteux en raison de leur simplicité et sont également adaptés pour couvrir une demande élevée.

Si les appareils peuvent également être adressés en dehors de cette période, la classe d'appareil B ou C doit être sélectionnée, ce qui augmente considérablement la consommation d'énergie et, selon le réseau, n'est pas pris en charge du tout.

Applications

LoRa est principalement conçu pour les applications de capteurs statiques. Les applications typiques incluent l'enregistrement, interroger et échanger des informations d'état. Avec des capteurs situés à n'importe quel endroit, l'information peut être déterminée ou obtenue, qui peut être facilement intégré dans une application.

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