モノのインターネット (IoT) 業界全体でワイヤレス接続の需要が高まっています. サプライチェーンからインフラストラクチャに至る業界の企業は、リモート資産をワイヤレスで監視したいと考えています, 出荷を追跡する, 機器をデジタル化する, もっと. しかし、WiFi や Bluetooth などの多くのワイヤレス テクノロジーだけでは、これらの長距離ユースケースには対応できません。. LoRa の登場 – Bluetooth を強化したような新しい無線規格. 長距離および低電力機能により、大規模な IoT ネットワークの導入に適していると思われます。. このブログでは, LoRaとは何かについて概要を説明します, 使い方, その主な利点, アプリケーション, そして自分で試すためのヒント.
LoRa テクノロジーの定義
LoRa は Long Range Radio の略で、主にモノのインターネットを対象としています。 (IoT) およびM2Mネットワーク. これは、長距離接続と低電力通信のために正確に設計された一種の新しい無線変調アプローチです。. このテクノロジーにより、マルチテナントまたはパブリックネットワークが同じネットワーク上で実行されている多数のアプリケーションに接続できるようになります.
LoRaプロトコルには、安全な通信のためのアプリケーションおよびデバイスレベルを含む多くの異なるレイヤーが含まれています, ネットワークでの暗号化. 個々のLoRaゲートウェイには、最大数百万のノードを処理する機能があります. 信号はかなりの距離を伸ばすことができます, これは、必要な構造が少ないことを意味します, ネットワークの構築をより速く、より安価に実装できるようにします.
当初はグルノーブルの Cycleo によって開発されました。, フランスはSemtech社に買収されました。 2012. 後で, LoRaWAN を標準化した非営利アライアンス – LoRa 変調の上に構築された通信プロトコル. LoRaWAN はシステム アーキテクチャを定義し、LoRa は長距離の物理接続を提供します.
LoRaネットワークアーキテクチャ
LoRaWAN アーキテクチャはエンドノードで構成されます, ゲートウェイ, ネットワークサーバーとアプリケーションサーバー. LoRaネットワークの本格的なアーキテクチャの観点から, ノードは通常、ゲートウェイがシースルーブリッジを形成するスターオブスタートポロジにあります. これらは、中央ネットワークサーバーとバックエンドのエンドデバイス間でメッセージを中継します. エンドポイントノードへの通信は通常双方向です, ただし、マルチキャスト操作をサポートすることも可能です, これは、同様の機能やその他の大量配布メッセージやソフトウェアのアップグレードなどの機能に役立ちます。.
- LoRaセンサー: エンドポイントは、制御またはセンシングが行われるLoRaネットワークの要素です。. それらは通常遠隔地にあります.
- LoRaゲートウェイ: ゲートウェイは、LoRaエンドポイントからインフラストラクチャを受信し、それらをバックホールシステムに転送します. LoRaネットワークのこの部分はセルラーにすることができます, イーサネット, またはその他の無線または有線の電気通信リンク. ゲートウェイは、一般的なIP接続を使用してネットワークサーバーに接続されます. この方法では, データは一般的なプロトコルを使用しますが、あらゆる通信ネットワークに接続できます, プライベートかパブリックか. LoRaネットワークがセルラーネットワークに似ていることを考慮して, LoRaWANゲートウェイは、多くの場合、セルラー基地局と同じ場所に配置されます。. この方法では, バックホールネットワークで追加の容量を使用できます.
- LoRaネットワークサーバー: LoRaネットワークサーバーはネットワークで成功し、その機能の一部として成功します, 重複パケットを削除するように機能します, データレートを調整します, 確認のスケジュールを設定します. 導入および接続する方法を評価することで、LoRa ネットワークの導入が非常に簡単になります。.
- アプリケーション・サーバー: その後, リモート コンピューターはエンドポイントの動作を制御したり、エンドポイントからデータを収集したりできます。LoRa ネットワークはほぼ半透明です。.
LoRa テクノロジーはどのように機能するのか
LoRa ワイヤレスはスペクトラム拡散変調を使用します, 狭帯域信号をより広いチャネル帯域幅に拡散します。. 長距離ワイヤレスの魔法は、いくつかの賢い最適化から生まれています。:
チャープスペクトラム拡散 (CSS)
これは、LoRa 無線で使用される物理層変調技術です. CSS は、正弦波信号を受け取り、その周波数を時間の経過とともに線形に変化させることによって機能します。, チャープ信号の作成. この信号は搬送周波数に変調されます。.
より広い帯域幅で信号をチャープすることにより, LoRa はエネルギーをより広い周波数範囲に拡散します. これにより、干渉やノイズに対する耐性が向上します, ゲートウェイでの信号受信を改善しながら.
適応型データレート (ADR)
これは、エンドノード デバイスとゲートウェイ間のデータ レートを動的に最適化する LoRa の方法です。. ADRの使用, ノードは、干渉が低い場合はより高速なデータ レートに移行し、干渉が増加する場合はより堅牢なデータ レートに移行できます。.
この最適化により、変化するチャネル条件下でも最高のデータ レートが保証されます。, ノードのバッテリー寿命とネットワーク全体の容量の両方を最大化します。.
CSS と ADR を組み合わせることで、最小限の電力を使用しながら、LoRa に優れた範囲と復元力を実現します。. 信号は他のシステムにとってノイズのように見えます, セキュリティの強化.
LoRa テクノロジーの主な機能と利点
LoRa 無線テクノロジーの顕著な利点のいくつかを詳しく見てみましょう:
- 長距離接続– 有効範囲 15+ 田舎の環境でのキロメートルと 5+ 私たちの革新のレベルは一流です. 都市規模のカバレッジを可能にします, 建物への良好な浸透が達成されます.
- 低電力– の間に 10 mAと 100 スリープモードのnA. アプリケーションに応じて, バッテリーの寿命は 2 に 15 年. メンテナンスコストを大幅に削減.
- 安全な送信– AES-128 ビット暗号化によりデータを保護し、改ざんを防止します.
- 正確な地理位置情報– GPS がなくても、信号により数十メートル以内の位置を特定できます. 資産追跡に役立ちます.
- グローバルスペクトルバンド – 868 MHz (863–870 MHz, いくつかのサブバンドに分割) ヨーロッパと 915 米国のMHz. チャネルの使用期間は、多くの国の規制によって制限されています (デューティサイクル).
- 双方向通信– データを上に送信し、構成を下にプッシュする. LoRa 通信デバイスのリモート制御が可能.
- 大容量– 単一の LoRa ゲートウェイで、数千のデバイスから毎日数百万のメッセージを処理できます。.
- オープンスタンダード– LoRaWAN は、非営利団体 LoRa Alliance が監督するオープン仕様です。. 導入と相互運用性を促進.
LoRa テクノロジーの基礎
LoRaテクノロジーにはいくつかの重要な要素があります. その主な機能のいくつかは次のとおりです:
- 最大数百万のノード
- 長いバッテリー寿命; 10年の余裕を持って
- 長距離; 15-20 km.
LoRa テクノロジーには、全体的な接続性と機能性を提供するさまざまな要素があります。.
LoRaプロトコルスタック: LoRa Allianceは、オープンプロトコルスタックも定義しています. このオープンソース スタックの作成により、LoRa の開発にはさまざまな種類の企業がすべて関与するため、LoRa の概念が浮上しました。, 導入, と使用者が連携して、あらゆる種類の接続された IoT デバイスに接続するための、低コストで使いやすいソリューションを作成することができました。.
LoRaネットワーク設計: LoRaワイヤレスシステムのRF要素に加えて, ネットワークアーキテクチャには他にもいくつかの要素があります, システムアーキテクチャ全体の存在を含む, サーバ, バックホール, およびアプリケーションコンピュータ. 全体的なアーキテクチャは、LoRaWANと呼ばれることがよくあります.
LoRa PHY / RFインターフェース: LoRa物理層またはPHYは、システムの運用にとって重要です. これは、ノードまたはエンドポイント間で送信されるRF信号の側面を管理します, つまり. LoRaゲートウェイとセンサーは信号が受信される場所です. 物理層または無線インターフェイスは、変調フォーマットを含む信号の側面を管理します, 電力レベル, 周波数, 送信要素と受信要素間のシグナリング, およびその他の関連トピック.
LoRa変調
LoRaテクノロジーはワイヤレス変調または物理的です (PHY) シリコン層, 長距離通信リンクを作成するために使用されます.
LoRa物理層は、スペクトラム拡散変調の形式を使用します. LoRa変調システムは、広帯域の線形周波数制御パルスを使用します. 時間の経過に伴う周波数の増加または減少のレベルは、送信されるデータをエンコードするために使用されます, といった; チャープ変調の形式.
このタイプの変調により、LoRaワイヤレスシステムは、復調と転送エラー訂正を組み合わせた場合に、ノイズフロアより20dB低い信号を復調できます。, FEC. 従来のFSKシステムと比較した場合; LoRaシステムのリンクバジェットは25dB以上の改善をもたらすことができます.
送信が疑似ランダムに拡散されるという点の結果として, LoRa 以外のユーザーにとっては検出が難しく、ノイズのように見える可能性があります. これによりシステムのセキュリティをサポートできます.
このシステムのさらなる利点は、チャープ変調とシステム, 一般に, 周波数オフセットに耐性があり、その結果、, 基本的な水晶発振器を使用することが可能です 20-30 温度を支払う発振器ではなく、ppm の受け入れ, TCXO. これにより、ノードの電子回路内でコストを大幅に節約できます。.
LoRaネットワークセキュリティ
ネットワークセキュリティの問題は徐々に重要になっています. そのため、LoRaネットワークには、システムのトラブルを防ぐために高レベルのセキュリティが必要です。.
LoRaネットワークに必要なレベルのセキュリティを実現するには, 暗号化のいくつかの層が使用されています:
デバイス固有のキー (EUI128).
一意のネットワークキー (EUI64) ネットワークレベルでのセキュリティを保証します.
一意のアプリケーションキー (EUI64) エンドツーエンドのセキュリティを証明する.
これらの暗号化レイヤーを使用すると、LoRaネットワークが適切に安全に保たれます。.
LoRa技術の応用
LoRaワイヤレステクノロジーは、さまざまなアプリケーションで使用できるように配置することが望ましいです。. 長距離かつ低電力の機能により、エンドポイントをさまざまな場所に導入できることを意味します, 建物の外側と内側で、ゲートウェイと通信できる機能があります. システムは展開が簡単で、多数のIoTに使用できるため, モノのインターネット, そしてマシンツーマシン, アプリケーション, M2M. 一般的な LoRa アプリケーションをいくつか紹介します。:
•火災の管理と検出 – スマートメーター, 環境モニタリング, スマートパーキング, 街路照明, 廃棄物管理など.
サプライチェーン/物流 – 資産の追跡と監視, コールドチェーンの監視, フリート管理.
農業 – 土壌モニタリング, 灌漑管理, 家畜の追跡.
産業用IoT – 設備監視, 予知保全, オートメーション.
インフラ監視 – 線路を監視する, 橋, 物理的な変化に対応するトンネル.
ユーティリティ – スマートグリッド, ガス/水道メーター, リーク検出, 分散型発電.
ビルオートメーション – HVAC と照明制御, エネルギー管理, 部屋の占有状況の監視.
健康管理 – 資産管理, 医療機器センサー, 患者の監視.
小売 – 倉庫内での在庫管理, ビーコンを介した地域マーケティング.
LoRa 対 LoRaWAN – 違いは何ですか?
LoRaは下位の物理層を表します, 上位のネットワーク層は存在しませんでした. LoRaWANは、ネットワークの上位層を記述するために開発された多数のプロトコルの1つです。. LoRaWANはクラウドベースのメディアアクセス制御です (マック) レイヤープロトコルですが、主にエンドノードデバイスとLPWANゲートウェイ間の通信を管理するためのネットワークレイヤープロトコルとして機能します, ステアリングプロトコルとして, LoRaアライアンスによって維持されます. LoRaWAN仕様バージョン 1.0 6月に発売されました 2015.
LoRaWAN ネットワークのシステム アーキテクチャと通信プロトコルを定義します。, LoRa物理層は長距離通信リンクを可能にします.
要約すると:
LoRa = 物理層変調
LoRaWAN = 通信プロトコルとアーキテクチャ
これらを組み合わせることで、長距離接続と柔軟なネットワーク通信アーキテクチャの両方を含む完全なソリューションが提供されます。.
LoRa アライアンスとは?
他の多くのシステムと同様に, LoRa ワイヤレス システムを開発し、業界全体で推進するために設立された業界団体は、 LoRa アライアンス. 3月に発売されました 2015. 同盟が述べているように, 安全なオープングローバルスタンダードを提供するために設立されました, キャリアグレードのIoT LPWAN接続.
LoRaは本質的にSemtechによって開発されましたが, 標準出力をオープンにしたことで、多くの企業が採用できるようになりました, これにより、エコシステムが成長し、エンゲージメントが大幅に向上します, 多種多様な製品と全体的な使用量と受け入れの増加.
LoRaAllianceの創設メンバーにはActilityが含まれます, シスコ, エオラン, IBM, Kerlink, IMST, マルチテック, Sagemcom, Semtech, およびマイクロチップテクノロジー, 主要な通信事業者だけでなく: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, プロキシマス, スイスコム, およびFastNet (テルコム南アフリカの一部).
LoRa テクノロジーの使用を開始する
基本的に, 誰もが独自の LoRa 通信を操作できます. LoRaは割り当てられていない周波数範囲で動作するため, 周波数のライセンス費用は必要ありません. 限られたエリアにLoRaWANをセットアップするだけでよい場合, 独自のゲートウェイとサーバーの操作は理にかなっています. 独自の LoRa および LoRaWAN ソリューションを構築したいと考えています? LoRa テクノロジーの使用を開始する際に MOKOSmart がどのように役立つかをご紹介します:
– MOKOSmart はさまざまなサービスを提供しています LoRaWANセンサー 資産追跡用, 環境モニタリング, 駐車検知など.
– 当社の LoRaWAN ゲートウェイは IP66 エンクロージャと LoRa および Bluetooth パフォーマンスを内蔵しています。.
– Bluetooth デバイスを接続するための Bluetooth LoRaWAN ゲートウェイを提供します.
– 必ず小規模なテスト展開でパイロットを実施し、現実世界のカバレッジとパフォーマンスを評価してください。.
– 時間をかけて完全なエンドツーエンドのシステム アーキテクチャを設計する.
– LoRa Alliance に参加してコラボレーションし、リソースにアクセスしてください.
– 当社のセンサーを使用すると, ゲートウェイ, および LoRa モジュール, 長距離IoTネットワークを迅速に構築できます.
MOKOSmart の統合が簡単な LoRa IoT デバイスを使用, IoT アプリケーションに長距離ワイヤレス接続を迅速に構築できます。. LoRa テクノロジーの使用を開始する際にサポートを求める.
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