Si vous travaillez avec des appareils en réseau, vous avez peut-être entendu parler de cas d'utilisation de LoRaWAN à un moment ou à un autre. Il s'agit d'un protocole réseau à longue portée. Il permet la mise en réseau d'objets avec Internet même sur des distances plus longues avec une faible consommation d'énergie. Cela résout l'un des gros problèmes auxquels les applications de l'Internet des objets ont été confrontées jusqu'à présent. Avec une autonomie de batterie allant jusqu'à cinq ans et de faibles coûts de maintenance pour le réseau de capteurs, le LoRaWAN peut être utilisé pour une grande variété de nouvelles applications.
Cela vous donne un bref aperçu de ce que les solutions LoRaWAN peuvent faire. Dans cet article, on regarde l'architecture, principales caractéristiques de la technologie de base, et les derniers cas d'utilisation de LoRaWAN où il est utilisé.
Qu'est-ce que la technologie LoRaWAN?
L'avantage de cette technologie est qu'elle est basée sur un standard ouvert. Il utilise un spectre sans licence dans le cadre de la bande de fréquences ISM (“Industriel, Scientifique, et médical”, allemand: Industrie, Science et médecine). En Europe, le LoRaWAN utilise le 868 Gamme de fréquences MHz, aux États-Unis, le 915 La bande de fréquences MHz est libérée. En utilisant le spectre sans licence, il est très facile de configurer et d'utiliser votre propre réseau. De nombreux opérateurs de télécommunications bénéficient déjà de cas d'utilisation LoRaWAN ou proposent la technologie dans le cadre de leur offre de services dans de nombreux pays du monde. Comcast, KPN, Orange, SK Telecom et de nombreux autres fournisseurs mettent activement en œuvre des lancements à grande échelle sur leurs marchés. Cela rend LoRaWAN encore plus intéressant en tant que technologie car il est compatible avec les réseaux de différents opérateurs – grand et petit.
La norme LoRaWAN est contrôlée par la LoRa Alliance, qui à son tour se compose de plus 500 les membres qui soutiennent le protocole et alignent bon nombre de leurs composants, des produits, et services avec LoRaWAN. Ceux-ci incluent des entreprises telles que MOKOSMART, BRAS, Cisco, Puce électronique, et ST.
Ce qui distingue LoRa de LoRaWAN?
Commençons par la définition de LoRa – qu'est-ce que c'est exactement et en quoi est-il différent de LoRaWAN? LoRa est une technologie sans fil similaire aux technologies plus courantes telles que le Wi-Fi ou le WLAN, Bluetooth, LTE, et Zigbee. toutefois, la technologie ne couvre souvent pas toutes les exigences, ce qui signifie que les utilisateurs doivent accepter des compromis. LoRa répond à la demande de low-cost, appareils fonctionnant sur batterie pouvant transmettre des données sur de longues distances. toutefois, LoRa n'est pas la bonne solution pour la transmission de données sur de grandes bandes passantes. LoRa est une technologie qui convertit les données à transmettre en ondes électromagnétiques. Cette technique est également connue sous le nom de spectre étalé chirped， il est utilisé dans les communications militaires et spatiales depuis des décennies. Cela est dû à la longue portée de communication et à la faible sensibilité aux interférences..
LoRaWAN, d'autre part, est le protocole MAC du réseau de nœuds LoRa hautes performances basé sur l'Internet des objets, qui couvrent de longues distances et ont de faibles besoins énergétiques. Il utilise les avantages de LoRa décrits ci-dessus et optimise la durée de vie de la batterie et la qualité de service pour les nœuds LoRa. Le protocole est complètement bidirectionnel, qui garantit une transmission fiable des messages (confirmation). Le chiffrement de bout en bout est fourni à des fins de sécurité et de protection des données, enregistrement en direct des notes de fin et des fonctions de multidiffusion. La norme garantit également la compatibilité avec les réseaux LoRaWAN du monde entier.
Architecture LoRaWAN
L'architecture LoRaWAN se compose principalement de quatre éléments:
• Nœuds d'extrémité
• Passerelle (stations de base / routeur)
• Serveur réseau
• Serveur d'application
Noeuds de fin
Les nœuds d'extrémité sont des périphériques matériels physiques équipés de fonctions de capteur, une certaine puissance de calcul et un module radio pour traduire les données en un signal radio. Ces terminaux peuvent transmettre des données à la passerelle et également les recevoir. Même avec une petite batterie, ils peuvent durer plusieurs années s'ils sont mis en veille profonde pour optimiser la consommation d'énergie.
Lorsqu'un appareil envoie un message à la passerelle, c'est ce qu'on appelle un “liaison montante”. La réponse que le terminal reçoit de la passerelle est appelée “liaison descendante”. Sur cette base, une distinction est faite entre trois types de terminaux:
• Classe A
• Classe B
• Classe C
Les appareils de classe A ont la plus faible consommation d'énergie par rapport aux deux autres classes. toutefois, ceux-ci ne peuvent recevoir une liaison descendante que s'ils ont envoyé une liaison montante. Les appareils de classe A conviennent à la transmission de données à des intervalles basés sur le temps (par exemple. chaque 15 minutes) ou pour les appareils qui envoient des données en fonction d'événements (par exemple. si la température dépasse 21 degrés ou tombe en dessous 19 degrés).
Les nœuds d'extrémité de classe B autorisent plus d'emplacements de message pour les liaisons descendantes que la classe A. Cela réduit la latence des messages mais est également moins économe en énergie.
finalement, la classe C a une fenêtre de réception en cours qui n'est fermée que lorsque l'appareil envoie un message de liaison montante. Par conséquent, c'est la variante la moins économe en énergie, qui nécessite souvent une source de courant constant pour fonctionner.
Passerelles
Les passerelles sont également appelées modems ou points d'accès. Une passerelle est également un périphérique matériel qui reçoit tous les messages LoRaWAN des périphériques finaux. Ces messages sont ensuite convertis en un tableau de bits qui peuvent être transmis sur les réseaux IP conventionnels. La passerelle est liée au serveur réseau qui transmet tous les messages.
Les passerelles sont transparentes et ont une puissance de calcul limitée. Des tâches plus complexes sont effectuées sur le serveur réseau. Selon l'utilisation et le type, les passerelles sont disponibles en deux versions:
Passerelles à usage intérieur, par exemple. MKGW2-LW, MOKOSMART.
Serveur réseau
Tous les messages des passerelles sont transmis au serveur réseau. C'est là que se déroulent les processus de traitement des données les plus compliqués. Le serveur réseau est responsable de:
1. Routage / transfert des messages vers la bonne application;
2. La sélection de la meilleure passerelle pour les messages descendants. Cette décision est généralement prise sur la base d'un indicateur de qualité de lien, qui à son tour est calculé via le RSSI (Indication de la force du signal reçu) et le SNR (Rapport signal sur bruit) de paquets précédemment reçus;
3. Suppression des messages en double lorsqu'ils sont reçus par plusieurs passerelles;
4. Décryptage des messages envoyés à partir des nœuds d'extrémité et chiffrement des messages renvoyés aux nœuds;
5. Les passerelles se connectent généralement au serveur réseau sur un protocole Internet crypté (IP) lien. Le réseau comprend généralement la mise en service de la passerelle et une interface de surveillance qui permet au fournisseur de réseau de gérer les passerelles, remédier aux défauts, surveiller les alarmes, etc. …
Serveur d'application
Le serveur d'applications est l'endroit où se trouve l'application IoT – ceci est particulièrement utile pour les données capturées à l'aide d'appareils terminaux. Dans la plupart des cas, les serveurs d'applications s'exécutent via un cloud privé ou public, qui est connecté au serveur de réseau LoRaWAN et gère le traitement spécifique à l'application. L'interface avec le serveur d'application est contrôlée par le serveur réseau.
Fonctions LoRaWAN
- Communication bidirectionnelle
Un terminal peut transmettre des données à la passerelle et également les recevoir selon les paramètres. Ces paramètres peuvent également être appelés dans l'application.
- Localisation
Une fonction intéressante de LoRaWAN est la localisation sans avoir besoin de GPS. Ceci est particulièrement utile pour les systèmes de suivi et les capteurs car il est économe en batterie et peut être entretenu à moins cher que les méthodes conventionnelles.
- Évolutivité
LoRaWAN a été conçu pour les grands déploiements IoT dans lesquels des milliers d'appareils sont mis en réseau avec un nombre gérable de passerelles. Ces passerelles peuvent surveiller plusieurs canaux et traiter plusieurs messages en même temps.
Une autre propriété importante de LoRaWAN est la vitesse à laquelle les données peuvent être transmises. Il existe différents débits de données pouvant être utilisés pour la transmission. Ceux-ci sont également appelés facteurs d'étalement (SF). Une transmission plus lente permet une autonomie plus longue et plus fiable.
Par exemple, imaginez que vous parlez à quelqu'un qui est très proche de vous. Vous pouvez parler très rapidement dans cette situation et votre interlocuteur comprend tout ce que vous dites. Quand tu parles à quelqu'un qui est loin de toi, il faut parler beaucoup plus lentement pour être compris. Ce principe s'applique également au protocole LoRaWAN.
- Débit de données adaptatif
Avec LoRaWAN, le réseau peut également optimiser automatiquement la vitesse à laquelle l'appareil transmet ses données. Cette fonction s'appelle le débit de données adaptatif (ou ADR) et est particulièrement important pour augmenter la capacité d'un réseau LoRaWAN. ADR nous permet de faire évoluer facilement le réseau en ajoutant une autre passerelle. À cause de cette passerelle, de nombreux appareils finaux ajustent désormais automatiquement leur facteur d'épandage. Par conséquent, les appareils individuels sont plus courts “en ondes”, ce qui signifie plus de capacité pour le réseau.
Le débit de données adaptatif (abréviation: ADR) est un mécanisme simple qui ajuste le débit de données selon les règles suivantes:
Si la force du signal radio (aussi appelé “budget de liaison”) est haut, le débit de données peut être augmenté;
Si le budget de liaison est faible, le débit de données peut être réduit.
- sécurité
Il est important que chaque LPWAN utilise une solution de sécurité complète. LoRaWAN utilise deux niveaux de sécurité: un pour le réseau et un pour l'application. La sécurité du réseau garantit l'authenticité de l'appareil final dans le réseau, tandis que le niveau application garantit que l'opérateur de réseau n'a pas accès aux données d'application des utilisateurs finaux. Le cryptage AES est utilisé pour l'échange de clés.
Le niveau réseau est responsable de l'identification du nœud. Il vérifie si un message provient vraiment d'un appareil spécifique et est également considéré comme un contrôle d'intégrité. Il peut également crypter les commandes MAC.
Le niveau application est utilisé pour le décryptage et le chiffrement des charges utiles.
Les deux clés sont cryptées avec 128 bit AES en mode ECB.
Scénarios pour les cas d'utilisation de LoRaWAN
LoRaWAN a trouvé sa place sur le marché en termes d'applications et de domaines d'application. Grâce à ses propriétés uniques, LoRaWAN est le mieux adapté pour des scénarios comme ceux-ci:
1. Accès à l'électricité (électricité) est limité ou restreint;
2. Les emplacements sont physiquement difficiles d'accès ou très éloignés;
3. Le nombre d'appareils terminaux est nettement plus élevé par rapport aux connexions de téléphonie mobile conventionnelles;
4. Les terminaux n'ont pas à envoyer de messages en continu.
Combien y a-t-il de cas d'utilisation de LoRaWAN
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Suivi des actifs
De nombreuses industries ont besoin de suivre l'emplacement et l'état des équipements de valeur pour améliorer la planification et les opérations. Les capteurs LoRaWAN mesurent la vitesse des actifs, charger, température et humidité, l Field Communication est un dérivé de la technologie de suivi RFD, vibrations et autres données et combiner des données en temps réel et historiques pour recommander la maintenance avant que les problèmes ne surviennent. Avec accès aux données de performance des actifs, vous pouvez optimiser votre calendrier de production tout en étant averti lorsqu'un actif est volé ou dépasse sa portée prévue.
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Surveillance du clapet anti-retour
Tous les clients industriels de l'eau ont besoin de clapets anti-retour aux entrées de service d'eau, qui empêchent la contamination en permettant à l'eau de s'écouler dans un sens plutôt que dans l'autre. Pouvoir détecter la présence d'un reflux avec un moniteur de ligne basé sur LoRaWAN et envoyer immédiatement une alerte par SMS ou par e-mail aux responsables des installations est important pour la santé et la sécurité des travailleurs et des systèmes de fabrication.
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Surveillance de la chaîne du froid
LoRaWAN est idéal pour les applications de la chaîne du froid dans les secteurs des aliments frais et des soins de santé. Utilisation de la solution de chaîne du froid LoRaWAN, vous pouvez suivre l'état de la température et de l'humidité d'un produit et signaler l'état de la température et de l'humidité au système si l'état du produit est anormal, empêcher le produit de perdre des fonctionnalités ou même de tomber en panne.
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Surveillance de la température et de l'humidité du sol
Pour l'agriculture et l'aménagement paysager, une bonne irrigation est la clé pour améliorer les cultures. Les sols de différentes régions nécessitent différentes quantités d'eau, et le détecteur de température et d'humidité LoRaWAN peut être utilisé pour prendre des décisions plus éclairées en fonction de la température et de l'humidité du sol mesurées, augmenter la production et réduire le gaspillage d'eau.
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Detection des fuites
Quand les ressources de la Terre, comme l'eau, gaz ou produits chimiques, sont en pénurie, la clé pour résoudre ce dilemme est d'éviter autant que possible les fuites de ressources. L'eau à l'intérieur et à l'extérieur des installations industrielles sera surveillée par les capteurs LoRaWAN de détection des fuites d'eau et d'immersion dans l'eau. Le système alertera le gestionnaire de l'installation pour qu'il réponde et résolve rapidement lorsqu'une panne se produit ou qu'une anomalie est détectée.
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Logistique et transport
La technologie LoRaWAN permet aux organisations de la chaîne d'approvisionnement et de la logistique de suivre en temps réel les actifs qui doivent être transportés sur de longues distances. Les véhicules et le fret peuvent être facilement surveillés en temps réel sur de vastes zones géographiques et dans des environnements difficiles grâce aux caractéristiques de longue distance et de faible consommation d'énergie de la technologie., ainsi que la géolocalisation sans GPS. Un système de suivi de flotte connecté au réseau LoRaWAN peut garder les flottes sur le terrain plus longtemps, réduisant ainsi les coûts, améliorer la sécurité, offrant une visibilité sur les problèmes de maintenance, et améliorer l'efficacité opérationnelle à tous les niveaux.
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Surveillance de parking
Il est prouvé que trouver des places de stationnement disponibles augmente les émissions de carbone et la congestion du trafic. En déployant des capteurs LoRaWAN dans les parkings, un comptage précis des véhicules et une détection aux entrées et sorties des parkings peuvent être fournis. Les flux de revenus municipaux et commerciaux seront augmentés en capturant des données de stationnement en temps réel, ce qui améliore l'utilisation globale des espaces de stationnement.
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Lutte antiparasitaire
Il est nécessaire de protéger les installations et les personnes de la contamination, dégâts, et rongeurs. toutefois, l'inspection manuelle prend du temps et consomme des quantités de ressources matérielles et de main-d'œuvre. La solution de lutte antiparasitaire connectée de LoRaWAN améliore la visibilité et permet une surveillance en temps réel de n'importe où. Étanche, les pièges robustes offrent une option sûre pour les rodenticides. Application mobile simple et couplage Web, alertes en temps réel lorsque le service est nécessaire, améliorer l'efficacité et réduire les coûts des programmes de contrôle des rongeurs extérieurs et intérieurs.
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Surveillance de l'environnement
De nombreuses villes côtières subissent des inondations prolongées pendant les marées modérées à hautes qui ont tendance à laisser les voies de communication et les routes à proximité dans des eaux infranchissables. Ces problèmes peuvent être résolus en surveillant la qualité de l'air, précipitations et autres facteurs environnementaux. Les unités d'énergie solaire résistantes aux intempéries montées au-dessus des ponts et des lampadaires mesurent à distance les niveaux d'eau sur terre ou au-dessus des plans d'eau à l'aide de la technologie LoRaWAN et de capteurs à ultrasons. Ces systèmes de surveillance environnementale en temps réel mesurent les niveaux météorologiques extra-locaux et la qualité de l'air pour prévoir les inondations et informer les citoyens des conditions dangereuses..
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La sécurité publique
Des solutions de sécurité et de sûreté intégrées sont requises par presque toutes les industries. Les solutions de sécurité publique IoT fournissent aux intervenants d'urgence des technologies innovantes qui aident à réduire les risques et à améliorer la sécurité personnelle. La technologie LoRaWAN est intégrée dans les appareils portables personnels tels que les étiquettes d'identification et équipée d'un bouton d'urgence pour envoyer un SOS instantané et les informations de localisation de l'utilisateur. Ces solutions, déployés sur les campus d'entreprises et d'universités, sont conçus pour répondre à l'intervalle d'attaque de 1 seconde et à 7 secondes 911 intervalle d'appel pour les solutions basées sur le téléphone portable.
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Utilisation de l'espace
Les employés sont de plus en plus mobiles et évoluent rapidement vers un “à toute heure, partout” philosophie de travail. Par conséquent, l'espace de bureau peut être inactif ou surréservé, en fonction des flux imprévisibles d'employés et de visiteurs. Tirer le meilleur parti de l'espace est devenu un défi logistique pour les entreprises. Les données d'occupation obtenues à partir des capteurs LoRaWAN éliminent les conjectures et fournissent aux équipes des informations exploitables pour améliorer les pratiques sur le lieu de travail, et augmenter la productivité des employés.
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Surveillance des purgeurs de vapeur
La vapeur est largement utilisée dans diverses industries. Les processus de chauffage à la vapeur dans les usines entraînent des turbines dans les centrales électriques. Un purgeur de vapeur filtre les gaz non condensés et la vapeur condensée sans laisser la vapeur s'échapper. Les purgeurs de vapeur échouent en moyenne 10 à 30 pour cent par an, entraînant une inefficacité inutile et coûteuse. Le test des purgeurs de vapeur est un processus à forte intensité de main-d'œuvre qui est généralement effectué manuellement une fois par an. Le système de surveillance LoRaWAN Trap permet aux entreprises d'interroger fréquemment leur nombre de traps pour détecter les défauts. Les données sont transmises en toute sécurité au système de gestion du bâtiment en ligne, fournir des rapports de tableau de bord indiquant s'il y a des pièges qui doivent être réparés.
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Surveillance de réservoir
Un système fiable pour surveiller les niveaux de carburant est essentiel. Les entreprises de livraison de carburant sont des partenaires clés dans les opérations de chaîne d'approvisionnement industrielle intelligentes où l'épuisement du carburant peut être préjudiciable. Sans les moyens de mesurer les niveaux de carburant à distance, les livraisons par camion sont souvent inefficaces, augmenter les coûts d'exploitation et compliquer la prestation du service à la clientèle. Le niveau du réservoir et d'autres données précieuses peuvent être envoyés sur le réseau à la solution de surveillance du réservoir utilisée par la société d'approvisionnement. de plus, les opérations industrielles peuvent prédire avec précision la consommation de carburant. De cette façon, les déplacements des camions et leur empreinte carbone peuvent être réduites.
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Surveillance de la température
Maintenir la bonne température pour les biens de valeur est important pour les soins de santé, Service alimentaire, et d'autres industries. Les changements de température peuvent entraîner une perte de produit catastrophique. En plus des dommages aux ressources, ces incidents peuvent également causer la marque, réputation, image publique et autres pertes pour les entreprises. Avec capteurs basse consommation, la surveillance à distance de la température et de l'humidité LoRaWAN offre aux entreprises la possibilité de prendre des lectures et des journaux historiques pour les audits de conformité. Des mesures de sécurité et une protection rentable sont fournies par plusieurs paramètres de seuil.
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Gestion des ressources en eau
Bâtiments commerciaux, usines de transformation des aliments et des boissons, hôtels, supermarchés, et les lave-autos produisent tous des déchets d'eau en raison des déversements, fuites, et dommages matériels. La notification et la réponse instantanées sont essentielles pour réduire les risques de conformité tout en réduisant les coûts. En déployant des systèmes de mesure LoRaWAN pour remplacer les processus obsolètes à forte intensité de main-d'œuvre, la solution de gestion de l'eau, composé de capteurs LoRaWAN, fournit aux municipalités une empreinte eau totale détaillée. Les solutions de compteurs d'eau intelligents permettent d'accéder à distance aux données d'utilisation et aux comptes de facturation, améliorer l'efficacité opérationnelle et générer des revenus de service supplémentaires.
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Surveillance des poubelles
Le système détecte et surveille automatiquement les emplacements, niveaux de remplissage des poubelles, et fréquences d'extraction, permettant aux opérateurs de flotte de gérer l'état des ordres de travail en temps réel, et réduire les coûts de main-d'œuvre. Les solutions de surveillance des déchets basées sur LoRaWAN réduisent les dépenses et le temps de collecte. Les alertes de notification automatiques fournissent une planification intelligente des itinéraires pour les fournisseurs de services de collecte lorsque les bacs atteignent un seuil prédéfini et éliminent les accès inutiles et les bacs de débordement pour les utilisateurs finaux.
Avantages de l'application des cas d'utilisation LoRaWAN
- Consommation d'énergie ultra-faible, la durée de vie de la batterie peut même atteindre dix ans ou plus
- Dans de nombreux cas d'utilisation de LoRaWAN, les données et/ou les transferts de données ne sont pas constants, la faible bande passante le rend donc idéal pour les déploiements IoT pratiques
- Les connexions sont peu coûteuses, facile à mettre en place et rapide à déployer grâce à leur structure simple
- Une couche de cryptage AES permet aux utilisateurs d'utiliser LoRaWAN en toute sécurité sans se soucier des risques de sécurité du réseau
- Alliance technologique ouverte, un standard ouvert et gratuit
- La gamme de communication et de couverture à distance de LoRaWAN est l'une des grandes différences entre eux et les autres technologies.
- Des milliers de terminaux peuvent être connectés par une passerelle LoRa, en raison de sa nature de grande capacité
Quels cas d'utilisation LoRaWAN MOKOSmart fournit
MOKOSmart se concentre sur la fourniture Solutions LoRaWAN avec plus de dix ans d'expérience. Nos cas d'utilisation LoRaWAN incluent principalement les éléments suivants. Bien sûr, il y a plus de solutions, vous pouvez nous contacter pour plus d'informations.
- Emplacement Bluetooth
- Solutions de suivi des actifs
- Solutions GPS d'intérieur
- IoT portable pour toutes les industries
- Compteur intelligent IdO
- Solutions de chaîne du froid
