Cos'è la tecnologia LoRaWAN e come funziona

Sommario
Cos'è la tecnologia LoRaWAN e come funziona

Stai pensando all'integrazione di LoRaWAN nella tua soluzione IoT? Nel campo della tecnologia IoT in rapido progresso, LoRaWAN si distingue come un attore formidabile nel settore LPWAN. Se la tua considerazione si orienta verso una soluzione di rete LoRaWAN per applicazioni industriali o aziendali, approfondire le complessità di questo protocollo è un primo passo cruciale. In questo articolo, forniamo un approfondimento su tutti gli aspetti chiave della tecnologia LoRaWAN. Unisciti a noi mentre navighiamo attraverso gli elementi essenziali, offrendoti gli approfondimenti per prendere decisioni informate per le tue iniziative IoT.

Cos'è la tecnologia LoRaWAN

LoRaWAN sta per Long Range Wide Area Network. Si tratta di un protocollo WAN a basso consumo progettato per oggetti e risorse wireless alimentati a batteria. Le reti LoRaWAN utilizzano in genere uno spettro senza licenza come bande da 433 MHz o 900 MHz per connettere i dispositivi a Internet su lunghe distanze in modalità wireless.

La tecnologia si basa su uno strato fisico chiamato LoRa, che utilizza la modulazione dello spettro diffuso del chirp. Questo metodo distribuisce il segnale su una larghezza di banda più ampia, rendendolo resistente alle interferenze e conferendogli la caratteristica di lungo raggio. Semtech ha originariamente sviluppato la tecnica di modulazione LoRa e la mantiene.

LoRaWAN aggiunge un protocollo a livello di rete per consentire la comunicazione bidirezionale tra dispositivi finali e gateway. I gateway si connettono quindi ai server della rete centrale tramite IP. Questa architettura abilita funzionalità come la velocità dei dati adattiva, indirizzamento del dispositivo, sicurezza, vagabondare ecc. rendendo possibili implementazioni su larga scala.

La LoRa Alliance, è un'associazione aperta senza scopo di lucro che supervisiona Standard LoRaWAN e guida l'adozione globale. È finita 500 membri a livello globale tra i produttori di dispositivi, operatori, fornitori di soluzioni che promuovono l'implementazione.

La differenza tra LoRa e LoRaWAN

In poche parole, LoRa si riferisce solo alla tecnica di modulazione fisica o allo schema di codifica del segnale che consente la comunicazione a lungo raggio. Utilizza il concetto di modulazione dello spettro diffuso del chirp e di correzione diretta degli errori per ottenere un raggio di copertura superiore 10 miglia in ambienti rurali e 3 miglia nelle città.

Il protocollo LoRaWAN funziona sopra la modulazione LoRa per gestire la comunicazione dei dati, consentire scambi bidirezionali e implementare funzioni di sicurezza della rete. Ciò include funzionalità come l'ottimizzazione della velocità dei dati, schemi di indirizzamento, implementare la crittografia AES-128 e gestire gli scambi di dati tra dispositivi e gateway.

Quindi LoRa è lo schema di modulazione del livello fisico che consente la segnalazione a lungo raggio, mentre LoRaWAN definisce il protocollo e gli standard di comunicazione. Pensa a LoRa come all'autostrada che consente ai veicoli di coprire velocemente lunghe distanze, mentre LoRaWAN sono i segnali stradali e i controlli che regolano il transito ordinato e sicuro su quell'autostrada.

Come funziona la tecnologia LoRaWAN

L'architettura LoRaWAN include dispositivi/nodi finali con sensori, gateway, server di rete, e server delle applicazioni.

Architettura di lavoro LoRa e LoRaWAN

Gli endpoint si connettono tramite collegamenti LoRa con gateway distribuiti all'aperto come sugli edifici, torri, eccetera. I gateway interfacciano la connettività di backhaul come il WiFi, Ethernet o cellulare. Possono coprire miglia a lungo raggio con velocità dati che si adattano tra 0,3 kbps e 50 kbps.

I gateway inoltrano i messaggi provenienti da potenzialmente milioni di dispositivi a un server di rete centrale. Gestisce funzioni essenziali come la sicurezza, indirizzamento, profili del dispositivo, regole, adattamento della velocità dati ecc. Inoltre, deduplica i messaggi e controlla la consegna confermata tra applicazioni e dispositivi.

Il server di rete trasmette i dati tramite connessioni IP a un server delle applicazioni. È qui che risiedono l'applicazione IoT e la logica aziendale, per decodificare i dati dei sensori e collegarli ai dashboard, analisi, servizi cloud ecc.

Classi di dispositivi LoRaWAN A, B, & C

LoRaWAN contiene tre diversi tipi di dispositivi finali per soddisfare le diverse esigenze che si presentano in un'ampia gamma di applicazioni:

Classe A: Potenza più bassa, e dispositivo terminale bidirezionale

Questa è la classe predefinita che consente agli endpoint di trasmettere uplink in qualsiasi momento, seguito da due brevi finestre di ricezione del downlink. Poiché la comunicazione di uplink è asincrona e il downlink segue i tempi di uplink, i dispositivi possono dormire massimizzando la durata della batteria. I messaggi di downlink vengono memorizzati nel buffer sul server.

Classe B: Un dispositivo terminale bidirezionale con ritardo downlink deterministico

I dispositivi di Classe B aprono finestre di ricezione aggiuntive a intervalli programmati sincronizzati con la rete. Ciò consente una minore latenza del downlink a scapito di un maggiore consumo energetico. Il ritardo deterministico è programmabile 128 secondi rendendolo adatto al funzionamento a batteria.

Classe C.: Ritardo minimo, apparecchiature terminali bidirezionali

Basandosi sulla Classe A, La classe C mantiene il ricevitore aperto continuamente a meno che non si trasmetta. Ciò consente al server di effettuare il downlink in qualsiasi momento con un ritardo prossimo allo zero. però, l'ascolto continuo può consumare oltre 50 mW, quindi la Classe C è adatta alle applicazioni alimentate dalla rete. È possibile una commutazione temporanea.

Classi di dispositivi LoRaWAN A, B, & C

Confronto tra LoRaWAN e LoRaWAN. altre tecnologie LPWAN

Lo spazio LPWAN, una parte in rapida crescita del mercato della connettività IoT, include SigFox, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, Link Labs, e Senza peso. Altri protocolli come LTE-CAT M, IEEE P802.11AH, e Dash7 svolgono anche un ruolo vitale nell'ecosistema LPWAN. In questa sezione, ci immergeremo principalmente nelle tecnologie menzionate in precedenza.

LoRaWAN rispetto ad altre tecnologie nell'ecosistema LPWAN

 

  • LoRaWAN

LoRaWAN, governato dalla LoRa Alliance, è caratterizzato dal suo livello di rete standard aperto con il supporto di un'alleanza industriale diversificata. Operando sul chip LoRa, eccelle nelle applicazioni solo uplink grazie all'efficiente distribuzione dei pacchetti codificati, riducendo collisioni e interferenze. Nonostante sia uno standard aperto, La dipendenza di LoRaWAN dai chip di Semtech per l’implementazione dello stack completo aggiunge un livello di esclusività.

  • Sigfox

Sig Fox, una società francese fondata nel 2009, si distingue per la gamma estesa ottenuta attraverso velocità di modulazione lente. Come tecnologia proprietaria, SigFox è una buona scelta per le applicazioni che richiedono burst di dati piccoli e poco frequenti, come bidoni della spazzatura intelligenti e sensori di parcheggio. però, le limitazioni nella capacità di downlink e la suscettibilità alle interferenze del segnale pongono sfide per alcuni casi d'uso.

  • NB-IoT e LTE-M

NB-IoT e LTE-M stanno emergendo nello spazio LPWAN, sfruttando la connettività LTE standard. NB-IoT eccelle in termini di efficienza energetica ed efficienza dei costi, rendendolo ideale per applicazioni smart city, mentre LTE-M offre una velocità dati più elevata. La scelta tra i due dipende dalle applicazioni specifiche; NB-IoT è adatto per i contatori intelligenti, mentre LTE-M potrebbe essere più vantaggioso per droni o veicoli.

  • Link Labs

Link Labs utilizza il chip LoRa ma introduce un livello MAC privato chiamato Symphony Link. Symphony Link aggiunge alcune importanti funzionalità di connettività su LoRaWAN, compresi gli aggiornamenti firmware wireless garantiti, ricezione del messaggio, capacità del ripetitore, e la rimozione dei limiti della gamma dinamica e del ciclo di lavoro.

  • Senza peso

La missione di Weightless SIG è standardizzare la tecnologia LPWAN. Come l'unico standard veramente aperto, Weightless opera su uno spettro senza licenza a meno di 1 GHz. 3 le versioni di Weightless possono essere utilizzate per scopi diversi:

Senza peso-w: Sfrutta gli spazi bianchi (spettro locale non utilizzato nella banda televisiva concessa in licenza)

senza peso-n: Un protocollo a banda stretta di spettro senza licenza derivato dalla tecnologia NWave

Senza peso-p: Protocollo bidirezionale derivato dalla tecnologia Platanus di M2COMM

Weightless N e P sono scelte più popolari perché la durata della batteria di Weightless W è più breve.

Vantaggi della tecnologia LoRaWAN

Ecco alcuni dei vantaggi straordinari offerti dalla tecnologia LoRaWAN:

  • Potenza ultrabassa: I dispositivi LoRaWAN possono funzionare in modalità a basso consumo e la batteria può durare diversi anni.
  • Gamma eccezionale: Copertura a lungo raggio fino a 10 miglia nelle zone rurali e 1-3 miglia in ambienti urbani
  • Penetrazione profonda indoor: Le reti LoRaWAN possono offrire una copertura profonda interna, e coprire facilmente edifici a più piani.
  • Licenza spettro gratuita: La tecnologia LoRaWAN opera gratuitamente (senza licenza) frequenze, senza costi aggiuntivi per la licenza dello spettro.
  • Alta capacità: Capacità di rete per supportare oltre un milione di dispositivi per copertura gateway.
  • Distribuzione pubblica e privata: È facile distribuire reti LoRaWAN private e pubbliche con lo stesso software e hardware (dispositivi finali, gateway, antenne).
  • Sicurezza end-to-end: Forte 128 Crittografia bit AES end-to-end per una sicurezza solida.
  • A basso costo: Il costo molto basso dei dispositivi e del funzionamento lo rende ideale per distribuzioni di dispositivi di grandi dimensioni
  • Ecosistema: LoRaWAN ha un ecosistema molto ampio di produttori di dispositivi, sviluppatori di applicazioni, fornitori di servizi di rete, e fornitori di soluzioni.

Casi d'uso della tecnologia LoRaWAN

Ecco alcune promettenti categorie di casi d'uso perfette per LoRaWAN:

Casi d'uso della tecnologia LoRaWAN

Città intelligenti & Utilità

Le città possono collegare in modo efficiente le infrastrutture civiche come i contatori, cestini dei rifiuti, luci stradali, monitoraggi dell'inquinamento. Anche il monitoraggio di veicoli e autobus è fattibile consentendo un trasporto intelligente. Per le aziende di servizi pubblici, La misurazione intelligente su larga scala è altamente fattibile per lo spanning gas, contatori elettrici e idrici.

Catena di fornitura & la logistica

Le aziende di logistica possono monitorare la posizione, condizioni e movimento dei contenitori, pallet in più depositi e in transito. La catena del freddo può garantire l’integrità delle merci deperibili. Le operazioni portuali possono monitorare le gru, veicoli, carico ecc.

Agricoltura intelligente & Agricoltura

I sensori LoRaWAN possono proliferare nelle aziende agricole, frutteti e vigneti monitorando l'umidità del terreno, ambiente colturale, condizioni di conservazione durante tutto l'anno tramite sensori della batteria. Stanno emergendo anche dispositivi indossabili per la salute degli animali e la localizzazione.

Gestione delle risorse & Monitoraggio

Beni preziosi come le attrezzature, i dispositivi possono essere monitorati in luoghi diversi per parametri come la temperatura, shock, movimento ecc. migliorare la sicurezza, utilizzo e durata. Pallet con tag LoRaWAN, le scatole semplificano i magazzini.

IoT industriale & Monitoraggio del sensore

Le fabbriche possono distribuire affidabile, sensori a lungo raggio per tracciare le risorse, metriche di sicurezza e indicatori di qualità del prodotto su tutti i piani senza cavi o sostituzioni di batterie. Anche siti remoti come le condutture, impianti ecc. può essere misurato.

Smart Healthcare & Medico

Gli ospedali possono connettere in modo efficiente dispositivi medici e risorse come le sedie a rotelle utilizzando LoRaWAN per un migliore monitoraggio e utilizzo. I braccialetti dei pazienti durante il ricovero migliorano i flussi di lavoro monitorando i movimenti. Le strutture di residenza assistita traggono vantaggio anche dalla localizzazione e dalle capacità di rilevamento delle cadute, migliorando la sicurezza.

Sensori MOKOSmart LoRaWAN per la tua applicazione

MOKOSmart offre una varietà di sensori abilitati LoRaWAN perfetti per molte applicazioni IoT a lungo raggio e a basso consumo. Alcuni dei sensori MOKOSmart LoRaWAN che potrebbero essere utili includono:

Sensore di movimento PIR LoRaWAN: Rileva il movimento e può essere utilizzato per il monitoraggio dell'occupazione, avvisi di intrusione, trigger di automazione, e altro ancora.

Localizzatore GPS LoRaWAN: Tiene traccia della posizione in tempo reale delle risorse e può anche monitorare la temperatura e il movimento. Utile per la gestione della flotta, monitoraggio delle risorse, e prevenzione dei furti.

Sensore di umidità della temperatura LoRaWAN: Monitora i livelli di temperatura e umidità ambientale. Ottimo per la logistica della catena del freddo, Monitoraggio HVAC, tracciabilità delle unità di stoccaggio, e analisi ambientale.

Pulsante antipanico LoRaWAN: Un pulsante di avviso di emergenza che può avvisare il personale di problemi o attivare sistemi di risposta alle emergenze quando viene premuto.

Sensore di parcheggio LoRaWAN: Rileva la presenza del veicolo in un parcheggio. Abilita applicazioni e analisi di parcheggio intelligenti.

Badge intelligente LoRaWAN: Tiene traccia della posizione del personale in tempo reale e può anche fungere da pulsante antipanico per l'invio di avvisi. Ottimo per la gestione della forza lavoro, controllo di accesso, e applicazioni di sicurezza.

Come iniziare con la tecnologia LoRaWAN

Per schierare Soluzioni LoRaWAN dalla prova di concetto alle implementazioni su larga scala, i passaggi principali in genere comportano:

  • Ricerca se LoRaWAN soddisfa l'affidabilità, autonomia e durata della batteria
  • Comprendere le opzioni di copertura tramite reti pubbliche, reti comunitarie o implementazioni private
  • Seleziona hardware come moduli LoRa e sensori LoRaWAN
  • Verifica la disponibilità del fornitore di servizi di rete locale o distribuisci i tuoi gateway
  • Connetti l'hardware del dispositivo finale tramite gateway a un server di rete LoRaWAN
  • Sviluppa l'integrazione di applicazioni per dispositivi e app IoT con i servizi cloud
  • Testare la copertura e le prestazioni del sensore nelle condizioni di implementazione previste

Con la copertura LoRaWAN e le opzioni dei dispositivi in ​​rapida espansione, ora è il momento ideale per esplorare i tuoi casi d'uso LoRaWAN innovativi.

Scritto da --
Fiona Kuan
Fiona Kuan
Fiona, uno scrittore ed editore tecnico presso MOKOSMART, precedentemente speso 10 anni come ingegnere di prodotto presso un'azienda IoT. Da quando è entrato a far parte della nostra azienda, ha lavorato a stretto contatto con le vendite, responsabili di prodotto e ingegneri, acquisire informazioni sulle esigenze dei clienti. Uniamo una profonda esperienza nel settore e la comprensione di ciò che i clienti desiderano di più, Fiona scrive contenuti accattivanti che abbracciano le nozioni di base dell'IoT, materiali tecnici approfonditi e analisi di mercato - connettersi con il pubblico in tutto lo spettro dell’IoT.
Fiona Kuan
Fiona Kuan
Fiona, uno scrittore ed editore tecnico presso MOKOSMART, precedentemente speso 10 anni come ingegnere di prodotto presso un'azienda IoT. Da quando è entrato a far parte della nostra azienda, ha lavorato a stretto contatto con le vendite, responsabili di prodotto e ingegneri, acquisire informazioni sulle esigenze dei clienti. Uniamo una profonda esperienza nel settore e la comprensione di ciò che i clienti desiderano di più, Fiona scrive contenuti accattivanti che abbracciano le nozioni di base dell'IoT, materiali tecnici approfonditi e analisi di mercato - connettersi con il pubblico in tutto lo spettro dell’IoT.
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