מהי טכנולוגיית LoRa

טכנולוגיית LoRa

מה זה LoRa?

טכנולוגיית LoRa היא מעין פרוטוקול אלחוטי חדש שתוכנן בדיוק עבור קישוריות לטווח רחוק ותקשורת בעלת הספק נמוך. LoRa מייצג רדיו לטווח ארוך והוא מיועד בעיקר לאינטרנט של הדברים (IoT) ורשתות M2M. טכנולוגיה זו תאפשר לרשתות מרובות דיירים או ציבוריים לחבר מספר יישומים הפועלים באותה רשת.

LoRa Alliance תוכנן לנרמל את LPWAN (רשתות שטח רחבות הספק נמוכות) עבור IoT. טכנולוגיית LoRa ופרוטוקול Lora WAN הפתוח מאפשרים יישומי IoT חכמים הפותרים כמה מהאתגרים הגדולים ביותר העומדים בפני כדור הארץ שלנו.: הפחתת משאבים טבעיים, שליטת זיהום, מניעת אסון, ניהול אנרגיה, יעילות תשתית, ועוד.

לכל שער LoRa בודד יש את היכולת לטפל עד מיליוני צמתים. האותות יכולים להאריך מרחק משמעותי, מה שאומר שיש פחות מבנה, מה שהופך את בניית הרשת למהירה יותר וזולה בהרבה ליישום.

LoRa כולל גם אלגוריתם קצב נתונים אדפטיבי שיעזור לנצל בצורה הטובה ביותר את יכולת הרשת של הצמתים ואת חיי הסוללה. פרוטוקול LoRa כולל מספר שכבות שונות כולל יישום ורמת התקן לתקשורת מאובטחת, הצפנה ברשת.

ארכיטקטורת רשת LoRa

רשת LoRa מכילה מספר אלמנטים:

  • נקודות סיום

נקודות הקצה הן המרכיבים של רשת LoRa בה מתבצעת השליטה או החישה. בדרך כלל הם ממוקמים מרחוק.

  • שער LoRa

השער מקבל את התשתיות מנקודות הקצה של LoRa ואז מעביר אותן למערכת ה- Backhaul. חלק זה של רשת LoRa יכול להיות סלולרי, אתרנט או כל קישור טלקומוניקציה אחר אלחוטי או קווי. השערים מחוברים לשרת הרשת באמצעות חיבורי IP טיפוסיים. בדרך זו הנתונים משתמשים בפרוטוקול טיפוסי אך ניתן לחבר אותם לכל רשת טלקומוניקציה, בין אם זה פרטי או ציבורי. לאור הדמיון של רשת LoRa לזו של סלולרי, שערי LoRaWAN עשויים להיות ממוקמים לעתים קרובות עם תחנת בסיס סלולרית. בדרך זו, הם מסוגלים להשתמש בקיבולת נוספת ברשת backhaul.

  • שרת רשת LoRa

שרת הרשת LoRa מצליח ברשת וכחלק מתפקודו, זה פועל להסרת מנות כפולות, מתאים קצב נתונים ותזמן אישור. בהערכת הדרך שבה ניתן לפרוס ולחבר אותה, מקל מאוד על פריסת רשת LoRa.

  • מחשב מרוחק

לאחר מכן, מחשב מרוחק יכול לשלוט בפעולות של נקודות הקצה או לאסוף נתונים מנקודות הקצה – רשת LoRa כמעט שקופה.

מבחינת הארכיטקטורה האותנטית של רשת LoRa, הצמתים הם בדרך כלל בטופולוגיה של כוכב-כוכבים עם שערים היוצרים גשר רואים. הודעות ממסר אלה בין שרת הרשת המרכזי למכשירי הקצה בנדנד.

התקשורת לצמתים של נקודת סיום היא בדרך כלל דו כיוונית, אך ניתן לתמוך גם בפעולה מרובת הקלטות, וזה שימושי לתכונות כמו כאלה או הודעות הפצה המוניות אחרות או שדרוגי תוכנה.

יסודות טכנולוגיית LoRa

ישנם כמה אלמנטים מרכזיים בטכנולוגיית LoRa. חלק מתכונות המפתח שלו כוללות את הדברים הבאים:

  • עד מיליוני צמתים
  • חיי סוללה ארוכים; בתמורה לעשר שנים
  • טווח ארוך; 15-20 קמ.

ישנם אלמנטים שונים בטכנולוגיית LoRa המספקים את הקישוריות והפונקציונליות הכוללת.

ערימת פרוטוקול LoRa: LoRa Alliance הגדירה גם ערימת פרוטוקול פתוחה. יצירת ערימת קוד פתוח זו אפשרה לתפיסת LoRa להעלות בגלל כל סוגי החברות השונות העוסקות בפיתוח LoRa., הפריסה והשימוש הצליחו להתאחד כדי ליצור פתרון בעלות נמוכה וקל לשימוש לקישוריות לכל מיני התקני IoT המחוברים..

תכנון רשת רשת: (LoRaWAN): מלבד רכיבי ה- RF של מערכת האלחוטית LoRa, ישנם כמה אלמנטים אחרים בארכיטקטורת הרשת, כולל נוכחות של ארכיטקטורת מערכת כוללת, שרת, backhaul ומחשבי היישום. האדריכלות הכוללת מוזכרת לעתים קרובות בשם LoRaWAN.

לורה PHY / ממשק RF: השכבה הפיזית LoRa או PHY היא המפתח לפעולת המערכת. הוא מסדיר את ההיבטים של אות ה- RF המועבר בין הצמתים או נקודות הקצה, כְּלוֹמַר. שער LoRa והחיישנים הם המקום בו מתקבלים אותות. השכבה הפיזית או ממשק הרדיו שולטים בהיבטי האות כולל פורמט האפנון, רמות כוח, תדרים, איתות בין האלמנטים המשדרים והקולטים, ונושאים קשורים אחרים.

תכונות של פרוטוקול LoRa

הטבלה הבאה מציגה כמה מתכונות המפתח של פרוטוקול LoRa כמו אפנון, קיבולת וטווח.

מִפרָטתכונת LoRa
טווח2-5ק"מ עירוני (1.24-3.1 לִי),
15ק"מ פרברי (9.3 לִי)
תדירותISM 868/915 MHz
תֶקֶןIEEE 802.15.4 גרם
וויסותסוג אפנון ספקטרום מורח מבוסס על פעימות FM שונות.
קיבולתשער LoRa אחד לוקח אלפי צמתים
סוֹלְלָהחיי סוללה ארוכים
LoRa שכבה פיזיתתדירות, כּוֹחַ, אפנון ואיתות בין צמתים לשערים

אבטחת רשת LoRa

בטחון טכנולוגיות LoRa

נושא אבטחת הרשת הופך לחשוב בהדרגה. מכיוון שרשתות LoRa כאלה דורשות רמות אבטחה גבוהות בכדי למנוע את הבעיה של מערכות כלשהן.

כדי להשיג את רמות האבטחה הנדרשות עבור רשתות LoRa, נעשה שימוש בכמה שכבות של הצפנה:

  • מפתח ספציפי למכשיר (EUI128).
  • מפתח הרשת הייחודית (EUI64) מבטיחה אבטחה ברמה הרשתית.
  • מפתח יישום ייחודי (EUI64) לאשר אבטחה מקצה לקצה.

השימוש בשכבות הצפנה אלה מבטיח שרשת LoRa תישאר מאובטחת כראוי.

יישומי LoRa

עדיף להציב טכנולוגיה אלחוטית של LoRa לשימוש במגוון יישומים.

יכולות הטווח הארוך וההספק הנמוך פירושו שניתן לפרוס נקודות סיום במגוון רחב של מקומות, בחוץ ובבניינים ועדיין יש להם את היכולת להיות בתקשורת עם השער.

מכיוון שהמערכת קלה לפריסה וניתן להשתמש בה למספר גדול של IoT, דברים באינטרנט, ומכונה למכונה, יישומים, M2M.

יישומים לטכנולוגיה אלחוטית של LoRa כוללים מעקב אחר מלאי, מדידה חכמה, נתוני מכונות אוטומטיות ומעקב; יישומי שירות; תעשיית הרכב, וכו. למעשה, בכל מקום בו ייתכן שיהיה צורך בבקרה ודיווח על נתונים.

טכנולוגיית LoRa מושכת בעיקר עבור יישומים רבים בגלל יכולתה לטווח הארוך. קל לספק כיסוי וניתן לחבר ולהפעיל בקלות צמתים חדשים.

מכשירי LoRa

פיקוצ'לים & שערים: חיישנים לוכדים ואז משדרים נתונים לשערים על פני מרחקים קרובים ורחוקים, חיצוני ופנימי, עם דרישת החשמל הנמוכה ביותר

משדרים & סוף צמתים: מקמ"שים המוגדרים באמצעות טכנולוגיית LoRa מקובעים למכשירי חיישנים או לצמתי קצה, מיועד להרכבה של יישומים בתעשייה.

אפנון LoRa:

טכנולוגיית LoRa היא המודולציה האלחוטית או הפיזית (PHY) שכבת סיליקון, משמש ליצירת קישור התקשורת לטווח הארוך.

השכבה הפיזית של LoRa משתמשת בצורה של אפנון ספקטרום מורח. מערכת האפנון LoRa משתמשת בפולסים מבוקרים בתדרים רחבים-פס ליניאריים. רמת התגברות או הירידה בתדר לאורך זמן משמשת לקידוד הנתונים שיועברו, כמו; סוג של אפנון ציוץ.

סוג זה של אפנון מאפשר למערכות אלחוטיות של LoRa לבצע פרודוקול של אותות הנמצאים 20dB מתחת לרצפת הרעש כאשר הדמולציה משולבת עם תיקון שגיאות העברה., FEC. בהשוואה למערכת FSK מסורתית; תקציב הקישורים של מערכת LoRa יכול להביא לשיפור של יותר מ- 25dB.

כתוצאה מהנקודה שההעברה מתפשטת בצורה פסאודו אקראית, זה עשוי להיות קשה למשתמשים שאינם לורה לזהות ומופיע כמו רעש. זה יכול לתמוך באבטחת המערכת.

יתרון נוסף של המערכת הוא כי אפנון הציוץ והמערכת, בכללי, הוא סובלני לקיזוז תדרים וכתוצאה מכך, אפשר להשתמש במתנד קריסטל בסיסי עם 20-30 ppm קבלה ולא מתנד משלם טמפרטורה, TCXO. זה יכול לספק כמה חיסכון בעלויות טובות במעגלים האלקטרוניים של הצומת.

LoRaWAN:

בינתיים, LoRa מתאר את השכבה הפיזית התחתונה, שכבות הרשת העליונות נעדרו. LoRaWAN הוא אחד מהפרוטוקולים הרבים שפותחו כדי לתאר את השכבות העליונות של הרשת. LoRaWAN היא בקרת גישה למדיה מבוססת ענן (מק) פרוטוקול שכבה אך משמש בעיקר כפרוטוקול שכבת רשת לניהול תקשורת בין התקני צומת קצה ושערים של LPWAN, כפרוטוקול היגוי, מתוחזק על ידי ברית LoRa. גרסת מפרט LoRaWAN 1.0 שוחרר ביוני 2015.

LoRaWAN מגדיר את ארכיטקטורת המערכת ואת פרוטוקול התקשורת עבור הרשת, בעוד שהשכבה הפיזית של LoRa מאפשרת קישור לתקשורת ארוכת טווח. LoRaWAN אחראית גם על ניהול קצב הנתונים, כוח לכל המכשירים ותדרי התקשורת. התקנים ברשת משדרים כל אימת שיש להם נתונים זמינים לשליחה. נתונים המועברים על ידי מכשיר צומת קצה מתקבלים על ידי מספר שערים, שמעבירים את מנות הנתונים לשרת רשת מרכזי. השרת מסנן שכפול המנות, מבצע בדיקות אבטחה, ומנהל את הרשת. לאחר מכן מועברים נתונים לשרתי יישומים. הטכנולוגיה מראה עקביות גבוהה בעומס הצנוע; למרות זאת, יש לו כמה בעיות ביצועים הקשורות לשליחת אישורים

ברית לורה

כמו מערכות רבות אחרות, הוקם גוף תעשייתי לפיתוח אז לקידום מערכת האלחוטית LoRa בכל הענף הנקרא Alliance LoRa. זה הושק במרץ 2015. כפי שקובע הברית, זה הוקם כדי לספק תקן גלובלי פתוח לאבטחה, קישוריות IoT LPWAN של מוביל.

אם כי LoRa פותחה למעשה על ידי Semtech, פתיחת התקן איפשרה לאמץ אותו על ידי מספר רב של חברות, ובכך צמח את המערכת האקולוגית וזוכה למעורבות גדולה משמעותית, מגוון רחב יותר של מוצרים ועלייה כוללת בשימוש וקבלה.

חברי המייסדים בברית LoRa כוללים Actility, סיסקו, אוליין, יבמ, קרלינק, IMST, MultiTech, Sagemcom, סמטק, וטכנולוגיית מיקרו-צ'יפ, כמו גם מפעילי טלקום מובילים: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, פרוקימוס, שוויצ'קום, ו- FastNet (חלק מתלום דרום אפריקה).