LoRaWAN: אחת מהטכנולוגיות הכי מעניינות IOT על השוק!

One Of the Most Interesting-IoT-Technologies On The Market

אם אתה עובד עם מכשירים המחוברים לרשת, אולי שמעת של LoRaWAN בשלב זה או אחר. זהו פרוטוקול רשת ארוך טווח. זה מאפשר רשתות של דברים עם האינטרנט ואפילו מעל לטווחים ארוכים יותר עם צריכת אנרגיה נמוכה. פותר זו אחת הבעיות הגדולות כי יישומים בתוך האינטרנט של הדברים נתקלו עד כה. בזכות חיי סוללה של עד חמש שנים ועלויות תחזוקה נמוכות עבור רשת החיישן, LoRaWAN יכול לשמש למגוון רחב של יישומים חדשים.

זה נותן לכם סקירה קצרה של מה LoRaWAN יכול לעשות. במאמר זה, נתבונן האדריכלות, תכונות עיקריות של טכנולוגיית ליבה, ואת מקרי השימוש האחרונים שבה הוא משמש.

מהו LoRaWAN טכנולוגיה?

היתרון הגדול של הטכנולוגיה הזו הוא שהיא מתבססת על תקן פתוח. היא משתמשת קשת ללא רישיון במסגרת תדרי ISM (“תעשייתי, סיינטיפיק, ורפואי”, גרמני: תעשייה, מדע ורפואה). באירופה, LoRaWAN משתמש 868 טווח התדרים MHz, בעוד בארצות הברית את 915 תחום תדרים MHz משתחרר. באמצעות הקשת ללא רישיון, זה קל מאוד להתקנה ולשימוש רשת משלך. מפעילי תקשורת רבים כבר משתמשים LoRaWAN ומציעים את הטכנולוגיה כחלק מהיצע השירות שלהם במדינות רבות ברחבי העולם. Comcast, KPN, תפוז, SK טלקום וספקים רבים אחרים מיישמים באופן פעיל השקות בקנה מידה גדולה בשווקים שלהם. גורם זה LoRaWAN אפילו יותר מעניין כטכנולוגיה כי זה תואם לרשתות של מפעילים שונים – גדול וקטן.

תקן LoRaWAN מנוטר על ידי אליאנס לורה, אשר בתורו מורכב של מעל 500 חברי תומכים בפרוטוקול ורבי align רכיביהם, מוצרים, ושירותים עם LoRaWAN. אלה כוללים חברות כגון MOKOSMART, ARM, סיסקו, שבב, ו ST.

מה שמבדיל לורה מ LoRaWAN?

תחילת בואו עם ההגדרה של לורה – מה זה בדיוק ואיך זה שונה LoRaWAN? לורה היא טכנולוגיה אלחוטית דומה בטכנולוגיות נפוצות יותר כגון Wi-Fi או WLAN, בלוטות, LTE, ו- ZigBee. למרות זאת, טכנולוגיה קרובה אינה מכסה את כל דרישות, כלומר משתמשים יש לקבל פשרות. לורה פוגשת את הביקוש בעלות נמוכה, מכשירים המופעלים סוללה שיכולה לשדר נתונים בטווחים ארוכים. למרות זאת, לורה היא לא הפתרון הנכון עבור העברת נתונים על גבי רוחבי פס גדול. לורה היא טכנולוגיה נתוני המתגיירים כדי להיות מועבר לתוך גלים אלקטרומגנטיים. טכניקה זו ידועה גם בשם ספקטרום ההתפשטות צייץ,זה כבר נעשה שימוש בתקשורת צבאית וחלל במשך עשרות שנים. זה בגלל טווחי תקשורת הארוכות ואת הרגישות הנמוכה להתערבות.

LoRaWAN, מצד שני, הוא פרוטוקול ה- MAC של הרשת של לורה ביצועים גבוהים לצמתים על סמך האינטרנט של דברים, אשר לכסות ארוך טווח ויש להם דרישות אנרגיה נמוכות. היא משתמשת ביתרונות של לורה שתוארו לעיל ו מייעלת את חיי סוללה ואיכות שירות עבור צמתי לורה. הפרוטוקול הוא לחלוטין כיווני, אשר מבטיח העברת מסר אמינה (אישור). End-to-end הצפנה מסופקת למטרות אבטחה והגנה על נתונים, Over-the-air הרישום של הערות סיום ופונקציות multicast. כמו כן ההתקן מבטיח תאימות עם רשתות LoRaWAN ברחבי העולם.

אדריכלות LoRaWAN מורכבת בעיקר מארבעה אלמנטים:

• צמתי End

• Gateway (תחנות בסיס / נתב)

• שרת רשת

• שרת יישומים

צמתים סוף

צמתים סוף הם התקני חומרה פיסיים המצוידים פונקציות חיישן, כמות מסוימת של כוח מחשוב ואת מודול רדיו לתרגם את הנתונים לתוך אות רדיו. התקני קצה אלה יכולים לשדר נתונים על השער וגם לקבל אותו. אפילו עם סוללה קטנה, הם יכולים להימשך מספר שנים אם הם מוכנסים למצב שינה עמוקה צריכת האנרגיה מטב.

כאשר המכשיר שולח הודעה אל השער, זה ידוע בתור “uplink”. התשובה כי המסוף מקבל השער נקראת “downlink”. על בסיס זה, קיימת הבחנה בין שלושה סוגים של מכשירי קצה:

• Class A

• Class B

• מחלקה C

התקני Class A יש את צריכת האנרגיה הנמוכה ביותר בהשוואה לשתי כיתות האחרות. למרות זאת, אלה יכולים לקבל downlink רק אם הם שלחו uplink. התקני Class A מתאימים להעברת נתונים במרווח זמן מבוסס (למשל. כל 15 דקות) או עבור התקנים כי נתוני שליחה מבוסס על אירועים (למשל. אם הטמפרטורה עולה מעל 21 מעלות או יורד מתחת 19 מעלות).

צמתי סוף Class B מאפשרות יותר חריצי מסר downlinks מאשר בכיתה. פעולה זו מפחיתה את זמן אחזור הודעה אבל הוא גם פחות אנרגיה יעילה.

סוף סוף, יש בכיתה ג מתמשך לקבל סגירת החלון רק כאשר המכשיר שולח הודעת uplink. לכן, זוהי הגרסה החסכונית באנרגיה לפחות, אשר לעתים קרובות דורש מקור זרם קבוע לפעול.

Gateways

שערים ידועים גם בשם מודמים או נקודות גישה. שער הוא גם התקן חומרה שמקבל כל הודעות LoRaWAN מהתקנים סוף. הודעות אלה ואז מומרות מערך של ביטים שניתן להעבירן על גבי רשתות IP קונבנציונליות. השער קשור לשרת הרשת המשדרת את כל הודעות.

שערים הם שקופים מוגבלים כוח מחשוב. עוד משימות מורכבות מתבצעות בשרת הרשת. בהתאם לשימוש וסוג, שערים זמינים בשתי גרסאות:

שערים לשימוש מקורה, למשל. MKGW2-LW, MOKOSMART.

שרת רשת

כל הודעות משערי מועברות לשרת הרשת. זה המקום שבו נתונים מסובכים יותר בעיבוד תהליכים מתרחשים. שרת הרשת אחראי:

1. ניתוב / העברת הודעות אל היישום התקין;

2. הבחירה של השער הטוב ביותר עבור הודעות downlink. החלטה זו מתבצעת בדרך כלל על בסיס מדד איכות קישור, שבתורה מחושבת באמצעות RSSI (קיבלו חיווי עוצמת אות) ואת SNR (יחס אות לרעש) of packets that were previously received;

3. הסרת הודעות כפולות כאשר שקבלו שערים מרובים;

4. פענוח הודעות שנשלחו מן הצמתים סוף והצפנה של הודעות שנשלחו חזרה הצמתים;

5. שערים בדרך כלל להתחבר לשרת הרשת על פרוטוקול אינטרנט מוצפן (IP) קישור. הרשת כוללת בדרך כלל המזמין של השער וממשק ניטור המאפשר ספק הרשת לנהל שערים, תקלות תרופה, אזעקות צג, וכו. …

שרת יישומים

שרת היישומים הוא שם יישום IOT ממוקם – זה שימושי במיוחד עבור הנתונים המתועדים באמצעות התקני הקצה. ברוב המקרים, שרת יישומים לרוץ דרך ענן פרטי או ציבורי, אשר מחובר עיבוד יישום ספציפי לשרת וידיות רשת LoRaWAN. הממשק עם שרת היישומים נשלט על ידי שרת הרשת.

פונקציות • LoRaWAN

תקשורת • דו-כיוונית

נתוני שידור פחית מסוף אל השער וגם לקבלו בהתאם להגדרות. הגדרות אלה יכולים להיקרא גם בתוך היישום.

לוקליזציה

פונקציה מעניינת של LoRaWAN היא הלוקליזציה ללא הצורך ב- GPS. תכונה זו שימושית במיוחד עבור מערכות מעקב וחיישנים שכן הוא יעיל הסוללה יכול להישמר יותר בזול מאשר שיטות קונבנציונליות.

מדרגיות

LoRaWAN תוכנן עבור פריסות IOT גדולה שבה אלפי מכשירים מרושתות עם מספר לניהול של שערים. שערים אלה יכולים לפקח ערוצים מרובים ולעבד הודעות מרובות בו זמנית.

עוד מאפיין חשוב של LoRaWAN הוא המהירות שבה ניתן להעביר נתונים. ישנם שיעורי נתונים שונים שיכול לשמש להעברה. אלה נקראים גם בהפצת גורמים (SF). הילוכים איטיים מאפשרים מגוון יותר ואמין יותר.

לדוגמה, לדמיין שאתה מדבר עם מישהו שהוא מאוד קרוב אליך. אתה יכול לדבר מהר מאוד במצב הזה ואת עמיתו שלך מבין מה אתה אומר. כאשר אתה מדבר עם מישהו הוא רחוק ממך, יש לך לדבר הרבה יותר איטי כדי להיות מובן. עיקרון זה חל גם על פרוטוקול LoRaWAN.

קצב נתונים מסתגלת

עם LoRaWAN, גם ברשת יכולה לייעל את המהירות אוטומטית שבה המכשיר מעביר נתונים שלה. פונקציה זו נקראת שיעור נתונים אדפטיבית (או ADR) והוא חשוב במיוחד כדי להגדיל את הקיבולת של רשת LoRaWAN. ADR מאפשרת לנו להרחיב את הרשת בקלות על ידי הוספת שער נוסף. בגלל השער הזה, התקני קצה רבים כעת להתאים באופן אוטומטי הגורם המתפשט שלהם. כתוצאה, המכשירים הבודדים הם קצרים “באוויר”, כלומר קיבולת יותר עבור הרשת.

שיעור הנתונים אדפטיבית (קיצור: ADR) הוא מנגנון פשוט מתאים את קצב הנתונים לפי הכללים הבאים:

אם עוצמת אות הרדיו (המכונה גם “תקציב הקשר”) גבוה, ניתן להגדיל את קצב העברת הנתונים;

אם תקציב הקישור הוא נמוך, ניתן להקטין את קצב הנתונים.

בטיחות

חשוב לכל LPWAN להשתמש פתרון אבטחה מקיף. LoRaWAN משתמשת בשתי רמות של אבטחה: אחד עבור רשת ואחד עבור היישום. אבטחת רשת מבטיחה את האותנטיות של מכשיר הקצה ברשת, בעוד מבטיח ברמת היישום כי מפעיל הרשת אין גישה לנתוני היישום של משתמשי קצה. הצפנת AES משמשת להחלפת מפתחות.

רמת הרשת אחראית לזיהוי הצומת. זה בודק אם הודעה באמת מגיעה ממכשיר ספציפי וגם נחשבת בדיקת תקינות. זה יכול גם להצפין פקודות MAC.

רמת היישום משמשת עבור הפענוח וההצפנה של מטענים.

שני מפתחות מוצפנים עם 128 bit AES במצב ECB.

במקרים ובאזורים שימוש באפליקציה

LoRaWAN מצא את מקומה בשוק במונחים של יישומים בתחומי יישום. בזכות תכונותיו המיוחדות, LoRaWAN היא מתאימה ביותר עבור תרחישים כאלה:

1. גישה לחשמל (חשמל) הוא מוגבל ומצומצם;

2. המיקומים קשים פיזי לגשת או מאוד רחוק;

3. המספר של מכשירי קצה מושווה גבוהות משמעותי חיבורי טלפון נייד קונבנציונליים;

4. המכשירים סוף לא צריך לשלוח הודעות ברציפות.