LoRa is een open radiostandaard van een Low Power Wide Area Network (LPWAN) voor slechts kleine hoeveelheden gegevens. Daarom is het geschikt voor een lange afstand.
Wat betreft LoRaWAN, het is de naam voor een radionetwerk gebaseerd op LoRa. LoRa en gebruikt frequentiebanden van de licentievrije ISM-banden. Dit betekent dat een LoRaWAN een alternatief of aanvulling kan zijn op het traditionele mobiele netwerk bij een centrale netwerkoperator. Bovendien, een LoRaWAN wordt ook wel een 0G-netwerk genoemd om het te onderscheiden van traditionele mobiele communicatie.
Omdat LoRa een open radiostandaard is, iedereen kan een LoRaWAN opzetten als een IoT- of M2M-netwerk met bidirectionele communicatie of een community-gebaseerde oplossing gebruiken.
Notitie: Amerikaanse LoRaWAN is anders dan Europese LoRaWAN. Dit heeft invloed op de transmissiesnelheid en dus ook op het energieverbruik.
Kenmerken
• Verbinding: Op uplink gericht, bidirectioneel, bevestigingsmodus mogelijk
• Modulatie: Chirp Spread Spectrum en FSK
• Netwerk architectuur: De eindapparaten communiceren met gateways, die de datapakketten naar een server verzenden. De server heeft interfaces om verbinding te maken met IoT-platforms en -toepassingen.
• Frequentiebereik: 868 MHz (863-870 MHz, verdeeld in verschillende subbanden) in Europa en 915 MHz in de VS.. De gebruiksperiode van het kanaal wordt in veel landen beperkt door regelgeving (arbeidscyclus).
• Bereik: Afhankelijk van de topografie, tot 2 km in stedelijke gebieden en tot 15 km in landelijke gebieden. Er wordt een goede penetratie van gebouwen bereikt.
• Energieverbruik: Tussen 10 mA en 100 nA in slaapstand. Afhankelijk van de toepassing, de levensduur van de batterij is 2 naar 15 jaar.
• Bandbreedte radiokanaal: 125 kHz
• Gevoeligheid: -137 dBm
• Zendvermogen: +20 dBm of maximaal 25 mW
• Datapakketten: ME: max. 51 bytes / VS: max. 11 bytes gebruikersgegevens per pakket
• Overdrachtssnelheid: Tussen 250 beetje / s en 50 kbit / s
Transmissietechnologie
Om een hoge efficiëntie in gegevensoverdracht en energieverbruik te bereiken, LoRaWAN gebruikt een frequentieverspreiding. Hierdoor kan interferentie grotendeels worden vermeden en kan smalbandinterferentie worden vermeden.
De transmissiemethode wordt genoemd “Chirp Spread Spectrum”. En de signaaloverdracht vindt plaats als een soort getjilp. Vervolgens, de getjilpte puls is verspreid over een breed frequentiebereik. De bandbreedte kan optioneel worden gebruikt voor een hoge datasnelheid of een robuuste transmissie. De spreidingsfactor en de bandbreedte bepalen hoe hoog de gegevenssnelheid kan zijn en hoe groot de kans op ontvangst is.
Signalen die met verschillende spreidingsfactoren worden gemoduleerd en via hetzelfde frequentiekanaal worden verzonden, interfereren niet met elkaar. De orthogonaliteit van de spreidingsfactoren maakt de gelijktijdige overdracht van meerdere eindapparaten op hetzelfde kanaal mogelijk.
De LoRa-signalen zijn zeer robuust tegen in-band en out-of-band interferentie. Hun ongevoeligheid voor meervoudige ontvangst of vervaging zorgt voor een groot bereik in stedelijke gebieden.
LoRaWAN-netwerkarchitectuur
De LoRaWAN-netwerkarchitectuur bestaat uit veel eindapparatuur in de vorm van sensoren en actuatoren, meerdere gateways en een centrale netwerkserver. Het eindapparaat communiceert met de gateway. De gateway maakt verbinding met de netwerkserver. Vervolgens communiceert de netwerkserver via verschillende protocollen (bijv. RUST UIT, MQTT, enzovoort.) met een applicatie die wordt bediend, bijvoorbeeld, als applicatie in de cloud.
In een LoRaWAN, gateways zijn de ontvangers voor de radiosignalen op 868 MHz. Hier ontvangen de LoRa-chips de chirp-signalen. Wat betreft gateways, anderzijds, verbinden met het internet.
De gateways van een LoRaWAN vormen idealiter een hecht netwerk en kunnen over de hele wereld verspreid worden.
Een bericht kan worden ontvangen door een of meer gateways. De gateways sturen deze zonder verdere tussenkomst door naar de netwerkserver.
In een LoRaWAN, de netwerkservers zijn verantwoordelijk voor het identificeren van de afzender en het doorsturen van het pakket naar een applicatieserver.
De netwerkserver zorgt, onder andere, dat een bericht maar één keer op de applicatieserver aankomt, ongeacht hoeveel gateways het hebben ontvangen.
Privé- of gemeenschapsnetwerk
In principe kan iedereen zijn eigen LoRaWAN beheren. Omdat LoRa werkt in het niet-toegewezen frequentiebereik, er zijn geen licentiekosten voor frequenties nodig.
Als u alleen een LoRaWAN hoeft op te zetten in een beperkt gebied, de werking van uw eigen gateways en servers kan zinvol zijn.
Echter, als u afhankelijk bent van een wide-area radionetwerk, u kunt ook contact opnemen met MOKOSmart, we exploiteren alleen onze eigen gateway, die via internet met de servers spreekt. Met betrekking tot beveiliging, u hoeft alleen de netwerkserver te vertrouwen om de ontvangen datapakketten en de applicatieserver te bezorgen, die de inhoud kan ontsleutelen.
Bereik
LoRa heeft een hoge gevoeligheid van -137 dBm, wat de beschikbaarheid van het netwerk vergroot. De signalen dringen probleemloos door muren van gebouwen heen en kunnen ook kelders of andere zogenaamde diepe binnenlocaties bereiken.
De afstand tussen de zender en de ontvanger is ongeveer 3 km (stad), ongeveer. 6 km (buitenwijken) en tot 13 km (platteland) afhankelijk van de omgeving en de bebouwde kom.
De afstand tussen de LoRa-zender en de ontvanger is afhankelijk van de spreidingsfactor, de bandbreedte, het geselecteerde zendvermogen van de LoRa-chip en de gebruikte antenne.
Overdrachtssnelheid
Om de levensduur van de batterij te maximaliseren en de algehele netwerkcapaciteit te regelen (beperkt door wettelijke vereisten), LoRa regelt de gegevenssnelheid en RF-output afzonderlijk met behulp van adaptieve gegevenssnelheid (ADR) voor elk eindapparaat.
De communicatie tussen de terminal en de gateway vindt plaats op verschillende frequentiekanalen met verschillende datasnelheden. Het gegevensbereik is 0. 3 naar 50 kbit / s. De fysieke pakketgrootte is 64 bytes. 13 bytes zijn vereist voor de header. Dit gaat weg 51 bytes voor de gebruikersgegevens.
Notitie: in de Verenigde Staten, kanaal tijd is begrensd op 400 milliseconden. Dit betekent dat slechts een maximum van 11 bytes aan gebruikersgegevens kunnen per pakket worden verzonden.
De SF12 (spreidingsfactor) Bij 125 kHz (bandbreedte) bereikt alleen 250 beetje / s (datasnelheid). De ontvanger zal de chirp-puls zeer waarschijnlijk waarnemen, omdat het relatief gemakkelijk is om de signalen van de ruis te onderscheiden.
De snelst gespecificeerde combinatie is SF7 op 250 kHz bandbreedte. Dit leidt tot 11,000 bps.
Energieverbruik
Het LoRa-modulatieproces maakt een optimaal zendvermogen mogelijk met een zo laag mogelijk stroomverbruik door de zender. Het lage energieverbruik maakt een batterijduur mogelijk tot 15 jaar.
Dit vereenvoudigt de hantering en is goedkoop omdat er geen aparte stroomvoorziening nodig is.
Klassen van apparaten
LoRa maakt onderscheid tussen verschillende apparaatklassen, waarbij alleen klasse A interessant is voor toepassingen in het internet der dingen. En het eindapparaat bevindt zich in een batterijbesparende toestand en zendt slechts kort uit als de toestand verandert. Gedurende deze tijd kan er alleen iets naar de terminal worden gestuurd.
Samen met de radiomodule, deze eindapparaten zijn door hun eenvoud zeer goedkoop en ook geschikt om aan een grote vraag te voldoen.
Als apparaten ook buiten deze periode kunnen worden aangesproken, apparaatklasse B of C moet daadwerkelijk worden geselecteerd, die het stroomverbruik aanzienlijk verhoogt en, afhankelijk van het netwerk, wordt helemaal niet ondersteund.
Toepassingen
LoRa is voornamelijk gemaakt voor statische sensortoepassingen. Typische toepassingen zijn onder meer opnemen, opvragen en uitwisselen van statusinformatie. Met sensoren op elke locatie, informatie kan worden bepaald of verkregen, die eenvoudig in een applicatie kunnen worden geïntegreerd.
1. Slimme woning
2. Slimme stad
3. Slimme fabriek
4. Slimme landbouw
5. Slim vervoer
