LoRaWAN: Uno dei più interessanti dell'Internet degli oggetti tecnologie presenti sul mercato!

LoRaWAN: Uno dei più interessanti dell'Internet degli oggetti tecnologie presenti sul mercato

Se si lavora con dispositivi in ​​rete, si può avere sentito di LoRaWAN in una sola volta o in un altro. Si tratta di un protocollo di rete a lungo raggio. Esso consente la messa in rete delle cose con Internet anche intervalli più lunghi sopra a basso consumo energetico. Questo risolve uno dei grandi problemi che le applicazioni all'interno della Internet of Things hanno affrontato fino ad ora. Con una durata della batteria fino a cinque anni e bassi costi di manutenzione per la rete di sensori, il LoRaWAN può essere utilizzato per una vasta gamma di nuove applicazioni.

Questo vi dà una panoramica breve di quello che il LoRaWAN può fare. In questo articolo, guardiamo l'architettura, caratteristiche chiave della tecnologia di base, e gli ultimi casi di utilizzo in cui viene utilizzato.

Qual è LoRaWAN Tecnologia?

Il bello di questa tecnologia è che si basa su uno standard aperto. Si utilizza uno spettro senza licenza come parte della banda ISM (“Industriale, Scientifico, e medicina”, Tedesco: Industria, Scienza e Medicina). In Europa, il LoRaWAN utilizza il 868 gamma di frequenza MHz, mentre negli Stati Uniti la 915 banda di frequenza MHz viene rilasciato. Utilizzando lo spettro senza licenza, è molto facile da configurare e utilizzare la propria rete. Molti operatori di telecomunicazioni stanno già utilizzando LoRaWAN e offrono la tecnologia come parte della loro offerta di servizi in numerosi paesi in tutto il mondo. Comcast, KPN, arancia, SK Telecom e molti altri fornitori stanno attivamente implementando lanci su larga scala nei loro mercati. Questo rende ancora più interessante LoRaWAN come tecnologia perché è compatibile con le reti di operatori diversi – grandi e piccoli.

Lo standard LoRaWAN è monitorato dal LoRa Alliance, che a sua volta costituito da oltre 500 I membri che supportano il protocollo e molti align dei loro componenti, prodotti, e servizi con LoRaWAN. Questi includono aziende come MOKOSMART, BRACCIO, Cisco, Microchip, e ST.

Ciò che distingue LoRa da LoRaWAN?

La partenza di Let con la definizione di Lora – che cosa si tratta esattamente e come 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 tutte le esigenze, Il che significa che gli utenti devono accettare compromessi. LoRa incontra la domanda di basso costo, dispositivi a batteria che possono trasmettere dati su lunghe distanze. però, LoRa non è la soluzione giusta per la trasmissione di dati su grandi larghezze di banda. LoRa è una tecnologia che converte i dati da trasmettere in onde elettromagnetiche. Questa tecnica è anche noto come spread spectrum chirped,è stato utilizzato nelle comunicazioni militari e spaziali per decenni. E 'a causa della gamma di comunicazione lungo e la bassa sensibilità alle interferenze.

LoRaWAN, d'altro canto, è il protocollo MAC per la rete ad alte prestazioni LoRa nodi in base Internet delle cose, che coprono lunghe distanze e hanno requisiti di bassa energia. Esso utilizza i vantaggi di Lora sopra descritti ed ottimizza la durata della batteria e la qualità del servizio per i nodi Lora. Il protocollo è completamente bidirezionale, che assicura la trasmissione affidabile messaggio (conferma). End-to-end è previsto per scopi di protezione della sicurezza e dei dati, over-the-air di registrazione delle note di chiusura e funzioni multicast. Lo standard garantisce anche la compatibilità con le reti LoRaWAN in tutto il mondo.

architettura LoRaWAN costituito principalmente da quattro elementi:

• nodi finali

• Gateway (stazioni di base / router)

• Server di rete

• Application server

fine nodi

fine nodi sono dispositivi hardware fisici che sono dotati di funzioni del sensore, una certa quantità di potenza di calcolo e un modulo radio per tradurre i dati in un segnale radio. Questi terminali possono trasmettere dati al gateway e anche riceverla. Anche con una piccola batteria, possono durare parecchi anni, se sono messi in modalità di sonno profondo per ottimizzare il consumo di energia.

Quando un dispositivo invia un messaggio al gateway, questo è noto come “uplink”. La risposta che il terminale riceve dal gateway è chiamato “downlink”. Su questa base, viene fatta una distinzione fra tre tipi di dispositivi finali:

• Classe A

• Classe B

• Classe C

I dispositivi di classe A hanno il consumo di energia più basso rispetto alle altre due classi. però, questi possono ricevere solo un downlink se hanno inviato un uplink. I dispositivi di classe A sono adatti per la trasmissione di dati a intervalli di tempo-based (es. ogni 15 minuti) o per i dispositivi che i dati di invio in base agli eventi (es. se la temperatura supera 21 gradi o scende al di sotto 19 gradi).

Classe B nodi finali consentono più slot di messaggi per downlink di classe A. Questo riduce la latenza messaggio, ma è anche l'energia meno efficiente.

Infine, Classe C ha un continuo finestra che viene chiuso solo ricevono quando il dispositivo invia un messaggio di uplink. Perciò, questa è la variante più energeticamente efficiente, che spesso richiede una sorgente di corrente costante per funzionare.

Gateway

Gateway sono anche noti come modem o punti di accesso. Un gateway è anche un dispositivo hardware che riceve tutti i messaggi LoRaWAN dai dispositivi di fascia. Questi messaggi vengono poi 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.

Gateway sono trasparenti e hanno limitato potenza di calcolo. compiti più complessi vengono eseguite nel server di rete. A seconda del tipo di utilizzo e, gateway sono disponibili in due versioni:

Gateway per uso interno, es. MKGW2-LW, MOKOSMART.

Server di rete

Tutti i messaggi provenienti dai gateway vengono inoltrate al server di rete. Questo è dove i dati più complicata elaborazione processi avvengono. Il server di rete è responsabile:

1. Routing / inoltro di messaggi per la giusta applicazione;

2. La selezione delle migliori gateway per i messaggi di downlink. Questa decisione è di solito fatta sulla base di un indicatore di qualità del collegamento, a sua volta calcolata tramite il RSSI (Ricevuto Strength Indication Signal) e l'SNR (Rapporto segnale-rumore) of packets that were previously received;

3. Rimozione messaggi duplicati quando ha ricevuto da più gateway;

4. Decifrare i messaggi inviati dai nodi finali e la crittografia dei messaggi rispedito ai nodi;

5. Gateway di solito si collegano al server di rete su un protocollo Internet criptato (IP) collegamento. La rete di solito comprende la messa in funzione del gateway e un'interfaccia di controllo che consente al gestore di rete di gestire i gateway, difetti rimedio, allarmi del monitor, eccetera. …

Server applicazioni

Il server applicazioni è dove si trova l'applicazione degli oggetti – ciò è particolarmente utile per i dati acquisiti utilizzando terminali. Nella maggior parte dei casi, server applicativi eseguiti tramite un cloud privato o pubblico, che è collegato al trattamento di applicazione specifico server di rete LoRaWAN e maniglie. L'interfaccia con il server di applicazione è controllata dal server di rete.

• funzioni LoRaWAN

• comunicazione bidirezionale

Un terminale dati può trasmettere al gateway e anche ricevere in base alle impostazioni. Queste impostazioni possono essere richiamate all'interno dell'applicazione.

Localizzazione

Una funzione interessante del LoRaWAN è la localizzazione senza la necessità di GPS. Ciò è particolarmente utile per i sistemi di monitoraggio e sensori poiché è batteria efficiente e può essere mantenuto più economico rispetto ai metodi convenzionali.

scalabilità

LoRaWAN è stato progettato per le grandi implementazioni dell'Internet degli oggetti in cui migliaia di dispositivi sono collegati in rete con un numero gestibile di gateway. Questi gateway in grado di monitorare più canali e di elaborare più messaggi allo stesso tempo.

Un'altra proprietà importante LoRaWAN è la velocità con cui i dati possono essere trasmessi. Ci sono diverse velocità di trasferimento dati che possono essere utilizzati per la trasmissione. Questi sono anche chiamati diffusione fattori (SF). Una trasmissione più lenta permette una portata maggiore e più affidabile.

Per esempio, immaginate stai parlando con qualcuno che è molto vicino a voi. Si può parlare molto rapidamente in questa situazione e la vostra controparte capisce tutto quello che dici. Quando si parla con qualcuno che è lontano da voi, si deve parlare molto più lento da intendersi. Questo principio vale anche per il protocollo LoRaWAN.

Adaptive Data Rate

con LoRaWAN, la rete può anche ottimizzare automaticamente la velocità alla quale il dispositivo trasmette i propri dati. Questa funzione è chiamata la velocità dei dati adattiva (o ADR) ed è particolarmente importante per aumentare la capacità di una rete LoRaWAN. ADR ci permette di scalare facilmente alla rete con l'aggiunta di 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 brevi “in onda”, che significa più capacità per la rete.

La velocità dei dati adattiva (abbreviazione: ADR) è un semplice meccanismo che regola la velocità dei dati in base alle seguenti regole:

Se l'intensità del segnale radio (chiamato anche “link budget”) è alto, la velocità dei dati può essere aumentata;

Se il link budget è basso, il tasso di dati può essere ridotto.

Sicurezza

E 'importante per ogni LPWAN di utilizzare una soluzione di sicurezza completa. LoRaWAN utilizza due livelli di sicurezza: uno per la rete e uno per l'applicazione. La sicurezza di rete garantisce l'autenticità del dispositivo end nella rete, mentre si accerta livello di applicazione che l'operatore di rete non ha accesso ai dati dell'applicazione degli utenti finali. crittografia AES viene utilizzato per lo scambio di chiave.

Il livello di rete è responsabile dell'identificazione del nodo. Di controllare se un messaggio proviene proprio da un dispositivo specifico ed è anche considerato un controllo di integrità. Si può anche crittografare comandi MAC.

Il livello di applicazione è utilizzata per la decrittografia e la crittografia dei carichi utili.

Entrambe le chiavi sono cifrate con 128 bit AES in modalità BCE.

I casi d'uso e campi di applicazione

LoRaWAN ha trovato il suo posto sul mercato in termini di applicazioni e campi di applicazione. Grazie alle sue proprietà uniche, LoRaWAN È più adatto per gli scenari come questi:

1. L'accesso all'elettricità (elettricità) è limitato o ristretto;

2. Le posizioni sono fisicamente difficile accesso o molto remota;

3. Il numero di terminali è significativamente superiore rispetto alle tradizionali connessioni telefoniche cellulari;

4. I dispositivi finali non devono inviare messaggi in modo continuo.