LoRa (Lungo raggio) La tecnologia wireless dei sensori sta creando onde nell’Internet delle cose (IoT) industria. Questa tecnologia wireless può fornire una connettività affidabile su lunghe distanze – allungandosi fino a 10 km nelle aree rurali e 2 km nelle aree urbane. Con una trasmissione dati affidabile che penetra negli spazi interni e nelle strutture sotterranee, e la durata della batteria supera diversi anni – il tutto a bassi costi operativi – LoRa promette di eliminare molte sfide legate alla connettività e all’alimentazione che frenano i casi d’uso innovativi dell’IoT.
Considerati i suoi punti di forza, non sorprende che le previsioni del settore prevedano che LoRa connetterà il prossimo miliardo di dispositivi IoT. La società di analisi ABI Research prevede che LoRa rappresenterà oltre la metà di tutte le connessioni LPWA non cellulari, che può ammontare quasi 1.3 miliardi di 2026.
Cosa sono i sensori LoRa
I sensori LoRa sono sensori wireless che utilizzano Tecnologia di comunicazione LoRa per trasmettere i dati dei sensori a gateway e applicazioni. Questi sensori consumano pochissima energia e possono funzionare per diversi anni prima di dover essere sostituiti. Le misurazioni comuni includono la temperatura, umidità, qualità dell'aria, flusso d'acqua, umidità del suolo, vibrazione, e altro ancora.
I sensori contengono un microcontrollore per effettuare le letture dei sensori, Radio LoRa per la comunicazione wireless, e una fonte di alimentazione a batteria. I dati provenienti dai sensori vengono trasmessi periodicamente sulla rete LoRa ad applicazioni centrali e piattaforme di analisi. Alcuni sensori comuni integrati nei sensori LoRa includono:
- DHT11 – Sensore di temperatura e umidità
- Ultrasonico – Sensore di rilevamento oggetti
- Fotosensibile – Sensore di luce ambientale
- Sensore di fiamma – Per rilevare la presenza di incendio
- Relè – Per controllare l'alimentazione del dispositivo
- Cicalini – Allarmi o avvisi acustici
- LED – Indicatori visivi
- Moduli GPS – Posizionamento della posizione
Questi sensori possono essere collegati a una scheda microcontrollore abilitata LoRa come un Arduino o un Raspberry Pi per raccogliere e trasmettere i dati dei sensori.
Come i sensori LoRa trasmettono e ricevono dati tramite LoRaWAN
I sensori LoRa operano all'interno di una rete LoRa, utilizzando il protocollo LoRaWAN per una trasmissione e ricezione efficiente dei dati. LoRaWAN è un controllo dell'accesso ai media basato su cloud (MAC) protocollo di livello che funge principalmente da protocollo di livello di rete. Utilizziamo LoRaWAN per gestire la comunicazione tra gateway LoRa e sensori LoRa (nodi). Funziona come un protocollo di routing e LoRa Alliance lo mantiene. La prima versione di LoRaWAN è stata rilasciata nel corso dell'anno 2015.
Nell'architettura LoRaWAN, Nodi LoRa, quali sono i sensori dotati di protocollo LoRa, avviare una comunicazione asincrona quando hanno dati da trasmettere. Ciò consente a una rete LoRa di compensare la sensibilità per la velocità dei dati con una larghezza di banda del canale fissa. Implica principalmente la selezione della quantità di spread utilizzato, un parametro selezionabile tra 7 e 12. Questo fattore di diffusione determina la sensibilità e la velocità dei dati di un nodo LoRa.
I dati trasmessi da un nodo LoRa sono ricevuti da più gateway LoRa, che inoltra i pacchetti di dati ricevuti a un server di rete centralizzato (Server IoT). Filtra i pacchetti duplicati, gestisce la rete, ed esegue controlli di sicurezza. Successivamente, il server invia i dati elaborati ai moduli applicativi, pannelli di controllo, o dispositivi intelligenti connessi. In questo modo il protocollo LoRaWAN mostra alta affidabilità e precisione per il carico moderato.
Inoltre, il protocollo LoRaWAN incorpora la codifica Forward Error Correction per migliorare la resilienza della rete contro le interferenze. Con un budget elevato per il collegamento wireless in giro 155 dB a 170 dB, Le reti LoRa mostrano una portata estesa, rendendoli adatti a diverse applicazioni.
Come configurare una rete di sensori LoRa
I dispositivi in una rete LoRa sono costituiti da nodi LoRa (dispositivi sensoriali), Gateway LoRa che inoltrano messaggi, e un server di rete LoRa centralizzato. Per utilizzare un sensore LoRa, una configurazione completa della rete LoRa è essenziale. Esploriamo i componenti chiave nel dettaglio:
Nodo LoRa: I sensori integrati con connettività wireless e protocollo LoRa. Raccoglie i dati dei sensori e li trasmette al LoRa Gateway.
LoRa Gateway: Agisce come punto centrale per formare la rete LoRa. Riceve dati dai nodi LoRa tramite wireless LoRa e li inoltra al server cloud tramite connettività basata su IP come Wi-Fi, Ethernet, o cellulare. I gateway ricevono anche comandi dal cloud e li inviano ai nodi finali LoRa. In genere più gateway riceveranno la stessa trasmissione del nodo – fornendo ridondanza.
Server nuvola: Un server cloud che riceve e archivia i dati dai gateway LoRa. Fornisce l'accesso ai dati da più piattaforme, consentendo scalabilità e controllo sulle prestazioni e sulla portata dei sensori LoRa.
Fornisce l'accesso ai dati su varie piattaforme, offrendo la flessibilità necessaria per scalare e gestire le prestazioni e la gamma dei sensori LoRa.
Il server cloud funge anche da canale per l'invio di comandi da un pannello di controllo (dispositivo intelligente) ai nodi LoRa. In questo caso, è possibile apportare modifiche alle prestazioni, gamma, o altri parametri dei sensori LoRa nella rete LoRa.
Così, è così che installiamo i sensori LoRa all'interno di una rete LoRa. Una rete LoRa può ospitare tutti i sensori LoRa necessari.
Vantaggi dell'utilizzo dei sensori LoRa
Tecnologia LoRa, distinguendosi tra le tecnologie dirompenti, non è una visione per il futuro ma una realtà attuale con un’impronta globale. Miliardi di sensori LoRa e LoRaWAN sono già distribuiti in tutto il mondo in varie implementazioni IoT, e questo numero è in costante aumento. Sfruttando il protocollo LoRaWAN, I sensori LoRa contribuiscono in modo significativo all’evoluzione di un mondo più intelligente. Ecco alcuni vantaggi chiave dei sensori LoRa:
Connettività a lungo raggio
La tecnologia LoRa si distingue per il basso consumo energetico e le capacità di comunicazione dati a lungo raggio. Fornisce una connettività wireless affidabile fino a 10 km nelle zone rurali e 2 km in luoghi urbani per sensori sotterranei e interni. Questo è fondamentale per gli usi agricoli o di misurazione dell'acqua.
Funzionamento a basso consumo
I nodi sensore LoRa possono funzionare fino a 10 anni con una singola batteria ottimizzando la frequenza di misurazione del sensore, cicli del sonno, e velocità dati collegamento LoRa. La bassa potenza è essenziale per l’agricoltura remota, infrastrutture di servizio, o monitorare i casi d'uso. Ciò riduce anche i costi di manutenzione.
Resilienza alle interferenze
LoRa utilizza la modulazione dello spettro diffuso chirp che fornisce resilienza al rumore radio e alle interferenze. Gli schemi di correzione degli errori diretti forniscono robustezza del segnale.
Ecosistema globale
La specifica LoRaWAN e le alleanze associate offrono un quadro interoperabile utilizzabile da diversi fornitori di rete LoRa pubblici e privati. Con oltre 500 membri, Compreso 100 operatori di rete pubblica in più di 58 paesi, L’ecosistema della LoRa Alliance garantisce l’accessibilità globale. Con le reti dentro 100+ paesi, consente una rapida implementazione delle soluzioni LoRa in tutto il mondo.
Applicazioni versatili
LoRa integra tecnologie come Cellular, Wi-Fi, Sigfox per applicazioni sensibili ai costi e al consumo energetico. Ciò stimola l’adozione per le città intelligenti, edifici, agricoltura, logistica e scenari industriali.
Prospettive applicazioni dei sensori LoRa
I sensori LoRa offrono una vasta gamma di possibilità che possiamo utilizzare per applicazioni in più settori. Alcune delle potenziali applicazioni dei sensori LoRa sono:
Agricoltura intelligente
Sensori di umidità del suolo LoRa, sensori di luce, i monitor di umidità aiutano a ottimizzare l'utilizzo dell'acqua e le condizioni di crescita per migliorare i raccolti. Il monitoraggio della posizione della salute del bestiame è abilitato.
Città intelligenti
I sensori LoRa trasmettono dati sulla disponibilità di parcheggi, parametri di monitoraggio ambientale, e persino lo stato del cestino dei rifiuti. Servizi urbani legati all'illuminazione, il monitoraggio del traffico sfrutta la tecnologia. LoRa è impiegato anche in applicazioni di monitoraggio delle perdite e della salute strutturale.
Smart Healthcare
Le reti LoRa consentono costi bassi, connettività affidabile per il monitoraggio delle risorse mediche, monitoraggio della temperatura di farmaci/campioni di sangue, monitoraggio della salute dei pazienti anziani. Le soluzioni IoT basate su sensori e gateway LoRa possono aiutare a monitorare i pazienti ad alto rischio 24 ore su 24.
Monitoraggio industriale intelligente
Le operazioni nel settore possono beneficiare dei sensori LoRa, che hanno funzioni di monitoraggio continuo. Sensori wireless LoRa per la temperatura, vibrazione, pressione, il consumo energetico aiuta ad analizzare lo stato delle apparecchiature di fabbrica senza cavi costosi. I servizi di localizzazione senza GPS tracciano beni e container di alto valore nei parchi industriali sfruttando la portata estesa.
Utilità intelligenti
Poiché i contatori si trovano spesso all'interno, metropolitana, o in ambienti urbani densi. Ciò rende difficile per la maggior parte delle tecnologie wireless raggiungerle. Le città stanno lanciando contatori intelligenti per il gas, elettricità, e forniture idriche basate sulla connettività radio LoRa per trasmettere i dati sui consumi da remoto invece dell'ispezione manuale di persona.
Catena di approvvigionamento intelligente & la logistica
I sensori LoRa rendono conveniente e più semplice per la logistica e le catene di fornitura monitorare le risorse di alto valore in transito. Il lungo raggio e il basso consumo energetico dei sensori LoRa facilitano la geolocalizzazione di veicoli e merci. I pallet dotati di sensori di shock o di temperatura aiutano a determinare la cattiva movimentazione e la validità della richiesta di risarcimento assicurativo.
Monitoraggio del paziente Alzheimer
I dispositivi di localizzazione indossabili con tecnologia LoRa possono avvisare gli operatori sanitari quando un malato di Alzheimer lascia una zona sicura designata. Ciò contribuirà a garantire la sicurezza 24 ore su 24 in assenza di supervisione fisica. La maggiore durata della batteria rispetto ai tag BLE mantiene bassi gli sforzi di manutenzione.
Case intelligenti & edifici
I sensori LoRa trasmettono senza soluzione di continuità informazioni relative alle dinamiche della casa e dell'edificio. Tengono sotto controllo il consumo di energia, Funzionalità HVAC, e misure di sicurezza come sensori intelligenti per porte e finestre. Oltre a questo, LoRa si estende alla creazione di spazi abitativi e lavorativi intelligenti e interconnessi.
Conclusione
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