Se lavori con dispositivi collegati in rete, potresti aver sentito parlare di casi d'uso LoRaWAN prima o poi. È un protocollo di rete a lungo raggio. Consente il collegamento in rete delle cose con Internet anche su intervalli più lunghi con un basso consumo energetico. Questo risolve uno dei grandi problemi che le applicazioni all'interno dell'Internet of Things hanno dovuto affrontare fino ad ora. Con una durata della batteria fino a cinque anni e bassi costi di manutenzione per la rete di sensori, LoRaWAN può essere utilizzato per un'ampia varietà di nuove applicazioni.
Questo ti offre una breve panoramica di ciò che possono fare le soluzioni LoRaWAN. In questo articolo, guardiamo l'architettura, caratteristiche chiave della tecnologia di base, e gli ultimi casi d'uso LoRaWAN in cui viene utilizzato.
Cos'è la tecnologia LoRaWAN?
Il bello di questa tecnologia è che si basa su uno standard aperto. Utilizza uno spettro senza licenza come parte della banda di frequenza ISM (“Industriale, Scientifico, e medico”, Tedesco: Industria, Scienza e Medicina). In Europa, LoRaWAN usa il 868 Gamma di frequenza MHz, mentre negli Stati Uniti il 915 La banda di frequenza MHz viene rilasciata. Usando lo spettro senza licenza, è molto semplice da configurare e utilizzare la propria rete. Molti operatori di telecomunicazioni stanno già beneficiando dei casi d'uso LoRaWAN o offrono la tecnologia come parte della loro offerta di servizi in numerosi paesi del mondo. Comcast, KPN, arancia, SK Telecom e molti altri fornitori stanno implementando attivamente lanci su larga scala nei loro mercati. Questo rende LoRaWAN ancora più interessante come tecnologia perché compatibile con le reti di diversi operatori – grandi e piccoli.
Lo standard LoRaWAN è monitorato dalla LoRa Alliance, che a sua volta consiste di oltre 500 membri che supportano il protocollo e allineano molti dei loro componenti, prodotti, e servizi con LoRaWAN. Questi includono aziende come MOKOSMART, BRACCIO, Cisco, Microchip, e ST.
Ciò che distingue LoRa da LoRaWAN?
Cominciamo con la definizione di LoRa – che cos'è esattamente e in che modo è diverso da LoRaWAN? LoRa è una tecnologia wireless simile a tecnologie più comuni come Wi-Fi o WLAN, Bluetooth, LTE, e Zigbee. però, la tecnologia spesso non copre tutti i requisiti, il che significa che gli utenti devono accettare compromessi. LoRa soddisfa la domanda di basso costo, dispositivi a batteria in grado di trasmettere dati su lunghe distanze. però, LoRa non è la soluzione giusta per la trasmissione di dati su larghezze di banda elevate. LoRa è una tecnologia che converte i dati da trasmettere in onde elettromagnetiche. Questa tecnica è anche nota come spettro diffuso cinguettato， è stato utilizzato per decenni nelle comunicazioni militari e spaziali. Ciò è dovuto al lungo raggio di comunicazione e alla bassa suscettibilità alle interferenze.
LoRaWAN, d'altro canto, è il protocollo MAC per la rete di nodi LoRa ad alte prestazioni basato sull'Internet of Things, che coprono lunghe distanze e hanno un basso fabbisogno energetico. Utilizza i vantaggi di LoRa descritti sopra e ottimizza la durata della batteria e la qualità del servizio per i nodi LoRa. Il protocollo è completamente bidirezionale, che garantisce una trasmissione affidabile dei messaggi (conferma). La crittografia end-to-end viene fornita per scopi di sicurezza e protezione dei dati, registrazione over-the-air di note di chiusura e funzioni multicast. Lo standard garantisce anche la compatibilità con le reti LoRaWAN in tutto il mondo.
Architettura LoRaWAN
L'architettura LoRaWAN è composta principalmente da quattro elementi:
• Fine nodi
• Gateway (stazioni base / router)
• Server di rete
• Server delle applicazioni
Fine nodi
I nodi finali sono dispositivi hardware fisici dotati di funzioni sensore, una certa potenza di calcolo e un modulo radio per tradurre i dati in un segnale radio. Questi dispositivi finali possono trasmettere dati al gateway e anche riceverli. Anche con una piccola batteria, possono durare diversi anni se vengono messi in modalità deep sleep per ottimizzare il consumo di energia.
Quando un dispositivo invia un messaggio al gateway, questo è noto come “uplink”. Viene chiamata la risposta che il terminale riceve dal gateway “downlink”. Su questa base, viene fatta una distinzione tra tre tipi di dispositivi finali:
• Classe A
• Classe B
• Classe C
I dispositivi di classe A hanno il consumo energetico più basso rispetto alle altre due classi. però, questi possono ricevere un downlink solo se hanno inviato un uplink. I dispositivi di classe A sono adatti per la trasmissione di dati a intervalli di tempo (per esempio. ogni 15 minuti) o per i dispositivi che inviano dati in base agli eventi (per esempio. se la temperatura sale sopra 21 gradi o scende al di sotto 19 gradi).
I nodi finali di classe B consentono più slot di messaggi per i downlink rispetto alla classe A. Ciò riduce la latenza dei messaggi ma è anche meno efficiente dal punto di vista energetico.
Finalmente, la classe C ha una finestra di ricezione in corso che viene chiusa solo quando il dispositivo invia un messaggio di uplink. Perciò, questa è la variante meno efficiente dal punto di vista energetico, che spesso richiede una sorgente di corrente costante per funzionare.
Gateway
I gateway sono noti anche come modem o punti di accesso. Un gateway è anche un dispositivo hardware che riceve tutti i messaggi LoRaWAN dai dispositivi finali. Questi messaggi vengono quindi convertiti in una matrice di bit che possono essere trasmessi su reti IP convenzionali. Il gateway è collegato al server di rete che trasmette tutti i messaggi.
I gateway sono trasparenti e hanno una potenza di calcolo limitata. Le attività più complesse vengono eseguite nel server di rete. A seconda dell'utilizzo e del tipo, i gateway sono disponibili in due versioni:
Gateway per uso interno, per esempio. MKGW2-LW, MOKOSMART.
Server di rete
Tutti i messaggi dai gateway vengono inoltrati al server di rete. È qui che avvengono i processi di elaborazione dei dati più complicati. Il server di rete è responsabile:
1. Instradamento / inoltro di messaggi all'applicazione corretta;
2. La selezione del miglior gateway per i messaggi in downlink. Questa decisione viene solitamente presa sulla base di un indicatore di qualità del collegamento, che a sua volta viene calcolato tramite l'RSSI (Indicazione dell'intensità del segnale ricevuto) e l'SNR (Rapporto segnale-rumore) di pacchetti ricevuti in precedenza;
3. Rimozione di messaggi duplicati quando vengono ricevuti da più gateway;
4. Decrittografia dei messaggi inviati dai nodi finali e crittografia dei messaggi rinviati ai nodi;
5. I gateway di solito si connettono al server di rete su un protocollo Internet crittografato (IP) collegamento. La rete di solito include la messa in servizio del gateway e un'interfaccia di monitoraggio che consente al provider di rete di gestire i gateway, rimediare ai guasti, monitorare gli allarmi, eccetera. …
Server delle applicazioni
Il server delle applicazioni è l'ubicazione dell'applicazione IoT – ciò è particolarmente utile per i dati acquisiti utilizzando i dispositivi finali. Nella maggior parte dei casi, i server delle applicazioni vengono eseguiti tramite un cloud privato o pubblico, che è connesso al server di rete LoRaWAN e gestisce l'elaborazione specifica dell'applicazione. L'interfaccia con il server delle applicazioni è controllata dal server di rete.
Funzioni LoRaWAN
- Comunicazione bidirezionale
Un terminale può trasmettere dati al gateway e anche riceverli in base alle impostazioni. Queste impostazioni possono essere richiamate anche all'interno dell'applicazione.
- Localizzazione
Una funzione interessante di LoRaWAN è la localizzazione senza la necessità del GPS. Ciò è particolarmente utile per i sistemi di tracciamento e i sensori poiché è efficiente dalla batteria e può essere mantenuto in modo più economico rispetto ai metodi convenzionali.
- Scalabilità
LoRaWAN è stato progettato per implementazioni IoT di grandi dimensioni in cui migliaia di dispositivi sono collegati in rete con un numero gestibile di gateway. Questi gateway possono monitorare più canali ed elaborare più messaggi contemporaneamente.
Un'altra proprietà importante di LoRaWAN è la velocità con cui i dati possono essere trasmessi. Esistono diverse velocità di trasmissione dati che possono essere utilizzate per la trasmissione. Questi sono anche chiamati fattori di diffusione (SF). Una trasmissione più lenta consente una gamma più lunga e più affidabile.
Per esempio, immagina di parlare con qualcuno che ti è molto vicino. Puoi parlare molto velocemente in questa situazione e la tua controparte capisce tutto ciò che dici. Quando parli con qualcuno che è lontano da te, devi parlare molto più lentamente per essere capito. Questo principio si applica anche al protocollo LoRaWAN.
- Velocità dati adattiva
Con LoRaWAN, la rete può anche ottimizzare automaticamente la velocità con cui il dispositivo trasmette i propri dati. Questa funzione è chiamata velocità dati adattiva (o ADR) ed è particolarmente importante per aumentare la capacità di una rete LoRaWAN. ADR ci consente di scalare facilmente la rete aggiungendo un altro gateway. A causa di questo gateway, molti dispositivi finali ora regolano automaticamente il loro fattore di diffusione. Di conseguenza, i singoli dispositivi sono più corti “in onda”, il che significa più capacità per la rete.
La velocità dati adattiva (abbreviazione: ADR) è un semplice meccanismo che regola la velocità dei dati secondo le seguenti regole:
Se la potenza del segnale radio (chiamato anche “budget di collegamento”) è alto, la velocità dei dati può essere aumentata;
Se il budget del collegamento è basso, la velocità dei dati può essere ridotta.
- Sicurezza
È importante che ogni LPWAN utilizzi una soluzione di sicurezza completa. LoRaWAN utilizza due livelli di sicurezza: uno per la rete e uno per l'applicazione. La sicurezza della rete garantisce l'autenticità del dispositivo finale nella rete, mentre il livello di applicazione garantisce che l'operatore di rete non abbia accesso ai dati dell'applicazione degli utenti finali. La crittografia AES viene utilizzata per lo scambio di chiavi.
Il livello di rete è responsabile dell'identificazione del nodo. Verifica se un messaggio proviene realmente da un dispositivo specifico ed è anche considerato un controllo di integrità. Può anche crittografare i comandi MAC.
Il livello di applicazione viene utilizzato per la decrittografia e la crittografia dei payload.
Entrambe le chiavi sono crittografate con 128 bit AES in modalità ECB.
Scenari per casi d'uso LoRaWAN
LoRaWAN ha trovato il suo posto sul mercato in termini di applicazioni e ambiti di applicazione. Grazie alle sue proprietà uniche, LoRaWAN è più adatto per scenari come questi:
1. Accesso all'elettricità (elettricità) è limitato o limitato;
2. Le posizioni sono fisicamente di difficile accesso o molto remote;
3. Il numero di dispositivi finali è notevolmente superiore rispetto alle connessioni di telefoni cellulari convenzionali;
4. I dispositivi finali non devono inviare messaggi continuamente.
Quanti casi d'uso LoRaWAN ci sono
-
Tracciamento delle risorse
Molte industrie devono tenere traccia della posizione e delle condizioni di apparecchiature di valore per migliorare la pianificazione e le operazioni. I sensori LoRaWAN misurano la velocità delle risorse, carico, temperatura e umidità, posizione, vibrazioni e altri dati e combinano dati storici e in tempo reale per consigliare la manutenzione prima che si verifichino problemi. Con accesso ai dati sulle prestazioni degli asset, puoi ottimizzare il tuo programma di produzione e ricevere notifiche quando una risorsa viene rubata o supera la portata prevista.
-
Monitoraggio del disconnettore
Tutti i clienti di acqua industriale richiedono disconnettori agli ingressi del servizio idrico, che impediscono la contaminazione consentendo all'acqua di fluire in una direzione piuttosto che nell'altra. Essere in grado di rilevare la presenza di riflusso con un monitor di linea basato su LoRaWAN e inviare immediatamente un SMS o un'e-mail di avviso ai gestori delle strutture è importante per la salute e la sicurezza dei lavoratori e dei sistemi di produzione.
-
Monitoraggio della catena del freddo
LoRaWAN è ideale per le applicazioni della catena del freddo nei settori degli alimenti freschi e della sanità. Utilizzo della soluzione per la catena del freddo LoRaWAN, è possibile monitorare lo stato di temperatura e umidità di un prodotto e segnalare lo stato di temperatura e umidità al sistema se lo stato del prodotto è anomalo, impedendo al prodotto di perdere funzionalità o addirittura di rompersi.
-
Monitoraggio della temperatura e dell'umidità del suolo
Per l'agricoltura e il paesaggio, una corretta irrigazione è la chiave per migliorare le colture. I suoli in diverse regioni richiedono diverse quantità di acqua, e il rilevatore di temperatura e umidità LoRaWAN può essere utilizzato per prendere decisioni più informate in base alla temperatura e all'umidità del suolo misurate, aumentare la produzione e ridurre lo spreco di acqua.
-
Rilevamento perdite
Quando le risorse della Terra, come l'acqua, gas o prodotti chimici, scarseggiano, la chiave per risolvere questo dilemma è evitare il più possibile la perdita di risorse. L'acqua all'interno e all'esterno delle strutture industriali sarà monitorata dal rilevamento delle perdite d'acqua LoRaWAN e dai sensori di immersione in acqua. Il sistema avviserà il facility manager di rispondere e risolvere rapidamente quando si verifica un guasto o viene rilevata un'anomalia.
-
Logistica e trasporti
La tecnologia LoRaWAN consente alle organizzazioni della catena di approvvigionamento e della logistica di tenere traccia delle risorse che devono essere trasportate su lunghe distanze in tempo reale. Veicoli e merci possono essere facilmente monitorati in tempo reale su vaste aree geografiche e ambienti difficili grazie alle caratteristiche di lunga distanza e basso consumo energetico della tecnologia, così come la geolocalizzazione senza GPS. Un sistema di tracciamento della flotta connesso alla rete LoRaWAN può mantenere le flotte sul campo più a lungo, riducendo così i costi, migliorare la sicurezza, fornendo visibilità sui problemi di manutenzione, e il miglioramento dell'efficienza operativa su tutta la linea.
-
Monitoraggio parcheggi
È dimostrato che trovare parcheggi disponibili aumenta le emissioni di carbonio e la congestione del traffico. Distribuendo sensori LoRaWAN nei parcheggi, possono essere forniti conteggi e rilevamenti accurati dei veicoli agli ingressi e alle uscite dei parcheggi. I flussi di entrate comunali e commerciali saranno aumentati grazie all'acquisizione di dati sui parcheggi in tempo reale, migliorando l'utilizzo complessivo dei parcheggi.
-
Gestione dei parassiti
È necessario proteggere le strutture e le persone dalla contaminazione, danno, e roditori. però, l'ispezione manuale richiede tempo e consuma quantità di risorse materiali e manodopera. La soluzione di gestione dei parassiti connessa di LoRaWAN migliora la visibilità e consente il monitoraggio in tempo reale da qualsiasi luogo. Impermeabile, le trappole robuste forniscono un'opzione sicura per i rodenticidi. App mobile semplice e abbinamento web, avvisi in tempo reale quando è necessario il servizio, migliorare l'efficienza e ridurre i costi per i programmi di controllo dei roditori esterni e interni.
-
Monitoraggio ambientale
Molte città costiere subiscono inondazioni prolungate durante le maree da moderate ad alte tendono a lasciare le arterie stradali e le strade vicine in acque impraticabili. Questi problemi possono essere risolti monitorando la qualità dell'aria, precipitazioni e altri fattori ambientali. Unità solari resistenti alle intemperie montate su ponti e pali della luce misurano a distanza i livelli dell'acqua sulla terraferma o sopra corpi idrici utilizzando la tecnologia LoRaWAN e sensori a ultrasuoni. Questi sistemi di monitoraggio ambientale in tempo reale misurano i livelli meteorologici extralocali e la qualità dell'aria per prevedere le inondazioni e informare i cittadini di condizioni pericolose.
-
Sicurezza pubblica
Quasi tutte le industrie richiedono soluzioni integrate di sicurezza e protezione. Le soluzioni di sicurezza pubblica IoT forniscono ai soccorritori tecnologie innovative che aiutano a ridurre i rischi e migliorare la sicurezza personale. La tecnologia LoRaWAN viene integrata in dispositivi indossabili personali come i tag ID e dotata di un pulsante di emergenza per inviare SOS istantaneo e informazioni sulla posizione dell'utente. Queste soluzioni, distribuito nei campus aziendali e universitari, sono progettati per affrontare l'intervallo di attacco di 1 secondo e 7 secondi 911 intervallo di chiamata per soluzioni basate su cellulare.
-
Utilizzo dello spazio
I dipendenti sono sempre più mobili e passano rapidamente a un “in qualsiasi momento, ovunque” filosofia del lavoro. Di conseguenza, lo spazio dell'ufficio può essere inattivo o in overbooking, a seconda dei flussi imprevedibili di dipendenti e visitatori. Sfruttare al meglio lo spazio è diventata una sfida logistica per le imprese. I dati sull'occupazione ottenuti dai sensori LoRaWAN eliminano le congetture e forniscono ai team informazioni utili per migliorare le pratiche sul posto di lavoro, e aumentare la produttività dei dipendenti.
-
Monitoraggio scaricatori di condensa
Il vapore è ampiamente utilizzato in vari settori. I processi di riscaldamento a vapore nelle fabbriche azionano le turbine nelle centrali elettriche. Uno scaricatore di condensa filtra i gas non condensati e il vapore condensato senza far fuoriuscire il vapore. Le trappole a vapore si guastano in media 10 per 30 per cento all'anno, con conseguente dispendiosa e costosa inefficienza. Il test dello scaricatore di condensa è un processo laborioso che di solito viene eseguito manualmente una volta all'anno. Il sistema di monitoraggio delle trappole LoRaWAN consente alle aziende di interrogare frequentemente il conteggio delle trappole per rilevare i guasti. I dati vengono trasmessi in modo sicuro al sistema di gestione dell'edificio online, fornendo report dashboard che mostrano se ci sono trappole che devono essere riparate.
-
Monitoraggio del serbatoio
Un sistema affidabile per monitorare i livelli di carburante è essenziale. Le società di consegna del carburante sono partner chiave nelle operazioni intelligenti della catena di approvvigionamento industriale in cui l'esaurimento del carburante può essere dannoso. Senza i mezzi per misurare i livelli di carburante a distanza, le consegne di camion sono spesso inefficienti, aumentando i costi operativi e complicando la fornitura del servizio clienti. Il livello del serbatoio e altri dati preziosi possono essere inviati tramite la rete alla soluzione di monitoraggio del serbatoio utilizzata dall'azienda fornitrice. inoltre, le operazioni industriali possono prevedere con precisione il consumo di carburante. In questo modo, i rotoli di camion e la loro impronta di carbonio possono essere ridotti.
-
Monitoraggio della temperatura
Mantenere la giusta temperatura per i beni di valore è importante per l'assistenza sanitaria, servizio di ristorazione, e altri settori. Gli sbalzi di temperatura possono portare a perdite catastrofiche del prodotto. Oltre al danno alle risorse, questi incidenti possono anche causare il marchio, reputazione, immagine pubblica e altre perdite per le aziende. Con sensori a bassa potenza, Il monitoraggio remoto della temperatura e dell'umidità LoRaWAN offre alle aziende la possibilità di eseguire letture e registri storici per gli audit di conformità. Le misure di sicurezza e la protezione conveniente sono fornite da Impostazioni a soglie multiple.
-
Gestione delle risorse idriche
Edifici commerciali, impianti di trasformazione di alimenti e bevande, alberghi, supermercati, e gli autolavaggi producono tutti rifiuti d'acqua a causa delle fuoriuscite, perdite, e danni alle apparecchiature. La notifica e la risposta istantanee sono fondamentali per ridurre i rischi di conformità riducendo i costi. Implementando sistemi di misurazione LoRaWAN per sostituire processi obsoleti e laboriosi, la soluzione per la gestione dell'acqua, composto da sensori LoRaWAN, fornisce ai comuni un'impronta idrica totale dettagliata. Le soluzioni di contatori d'acqua intelligenti consentono l'accesso remoto ai dati di utilizzo e agli account di fatturazione, migliorare l'efficienza operativa e generare ricavi aggiuntivi per servizi.
-
Monitoraggio del cestino
Il sistema ha rilevato e monitorato automaticamente le posizioni, livelli di riempimento dei contenitori, e frequenze di estrazione, consentendo agli operatori della flotta di gestire lo stato degli ordini di lavoro in tempo reale, e ridurre il costo del lavoro. Le soluzioni di monitoraggio dei rifiuti basate su LoRaWAN riducono le spese e i tempi di raccolta. Gli avvisi di notifica automatici forniscono una pianificazione intelligente del percorso per i fornitori di servizi di raccolta quando i contenitori raggiungono una soglia predefinita ed eliminano gli accessi non necessari e i contenitori in eccesso per gli utenti finali.
Vantaggi dell'applicazione di casi d'uso LoRaWAN
- Consumo energetico estremamente basso, la durata della batteria può raggiungere anche i dieci anni o più
- In molti casi d'uso LoRaWAN, dati e/o trasferimenti di dati non sono costanti, quindi la larghezza di banda ridotta lo rende ideale per implementazioni IoT pratiche
- I collegamenti sono a basso costo, facile da configurare e veloce da implementare grazie alla loro struttura semplice
- Un livello di crittografia AES consente alle persone di utilizzare LoRaWAN in sicurezza senza preoccuparsi dei rischi per la sicurezza della rete
- Alleanza tecnologica aperta, uno standard aperto e libero
- La comunicazione remota e la gamma di copertura di LoRaWAN è una delle grandi differenze tra loro e altre tecnologie.
- Migliaia di endpoint possono essere collegati tramite un gateway LoRa, per la sua natura ad alta capacità
Cosa fornisce i casi d'uso LoRaWAN MOKOSmart
MOKOSmart si concentra sulla fornitura Soluzioni LoRaWAN con oltre dieci anni di esperienza. I nostri casi d'uso LoRaWAN includono principalmente quanto segue. Ovviamente, ci sono più soluzioni, puoi contattarci per maggiori informazioni.
- Posizione Bluetooth
- Soluzioni per il monitoraggio delle risorse
- Soluzioni GPS per interni
- IoT indossabile per tutti i settori
- Contatore intelligente IoT
- Soluzioni per la catena del freddo
