LoRaWAN: Eén van de meest interessante IoT Technologies op de markt!

LoRaWAN: Eén van de meest interessante IoT Technologies op de markt

Als u werkt met netwerkapparaten, Je hebt misschien gehoord van LoRaWAN op een of ander moment. Het is een lange afstand netwerkprotocol. Het maakt de netwerken van de dingen met het internet, zelfs over langere reeksen met een laag energieverbruik. Dit lost een van de grote problemen die toepassingen binnen het internet der dingen zich hebben te maken tot nu toe. Met een levensduur van de batterij van maximaal vijf jaar en lage onderhoudskosten voor het sensornetwerk, de LoRaWAN kan worden gebruikt voor een breed scala van nieuwe toepassingen.

Dit geeft u een kort overzicht van wat de LoRaWAN kan doen. In dit artikel, we kijken naar de architectuur, hoofdkenmerken van kerntechnologie, en de nieuwste use cases waar het wordt gebruikt.

Wat is LoRaWAN Technology?

Het mooie van deze technologie is dat het is gebaseerd op een open standaard. Het gebruikt een spectrum zonder licentie kader van de ISM-frequentieband (“industrieel, Wetenschappelijk, en Medical”, Duitse: Industrie, Science and Medicine). In Europa, de LoRaWAN maakt gebruik van de 868 MHz frequentiebereik, terwijl in de VS de 915 MHz frequentieband wordt vrijgegeven. Via het ongelicentieerde spectrum, is het zeer eenvoudig te installeren en gebruiken van uw eigen netwerk. Veel telecommunicatie-operators maken al gebruik van LoRaWAN en bieden de technologie als onderdeel van hun dienstverlening in tal van landen over de hele wereld. Comcast, KPN, Oranje, SK Telecom en vele andere aanbieders actief uitvoering van grote lanceringen in hun markten. Dit maakt LoRaWAN nog interessanter als een technologie omdat het compatibel is met de netwerken van verschillende operatoren – groot en klein.

De LoRaWAN standaard wordt bewaakt door de Lora Alliance, die op zijn beurt bestaat uit meer dan 500 leden die het protocol en align veel van hun componenten te ondersteunen, producten, en diensten met LoRaWAN. Deze omvatten bedrijven zoals MOKOSMART, ARM, Cisco, microchip, en ST.

Wat onderscheidt lora van LoRaWAN?

Laten we beginnen met de definitie van lora – wat is het precies en hoe is het anders dan LoRaWAN? Lora is een draadloze technologie vergelijkbaar vaker technologieën, zoals Wi-Fi of WLAN, Bluetooth, LTE, en Zigbee. Echter, technologie vaak niet in alle behoeften, Dat betekent dat gebruikers moeten compromissen. Lora voldoet aan de vraag naar low-cost, Batterijgevoede inrichtingen die data over lange afstanden kan overbrengen. Echter, Lora is niet de juiste oplossing voor de overdracht van gegevens over grote bandbreedtes. Lora is een technologie die converteert data in elektromagnetische golven te zenden. Deze techniek is ook bekend als de chirped spread spectrum,het is gebruikt in militaire en ruimte communicatie voor decennia. Het is vanwege de lange communicatiebereik en lage storingsgevoeligheid.

LoRaWAN, aan de andere kant, is het MAC-protocol voor het netwerk van high-performance Lora knooppunten op basis van het internet der dingen, welke grote afstanden bedekken en maar weinig energie. Het maakt gebruik van de voordelen van Lora hierboven beschreven en optimaliseert de levensduur van de batterij en de kwaliteit van de dienstverlening voor de lora nodes. Het protocol is volledig bidirectioneel, die zorgt voor een betrouwbare overdracht van berichten (bevestiging). End-to-end encryptie is voorzien voor beveiliging en gegevensbescherming ter bescherming, over-the-air registratie van voetnoten en multicast functies. De standaard zorgt er ook voor compatibiliteit met LoRaWAN netwerken over de hele wereld.

LoRaWAN architectuur bestaat voornamelijk uit vier elementen:

• Einde nodes

• Poort (basisstations / router)

• Network Server

• Applicatie server

eindknooppunten

Eind nodes zijn fysieke hardware-apparaten die zijn uitgerust met een sensor functies, een bepaalde hoeveelheid rekenkracht en een radiomodule voor het vertalen van de gegevens in een radiosignaal. Deze end apparaten kunnen gegevens naar de gateway verzenden en ontvangen het ook. Zelfs met een kleine batterij, ze kunnen een aantal jaren duren als ze in diepe slaap modus worden gezet om het energieverbruik optimaliseren.

Wanneer een apparaat stuurt een bericht naar de gateway, dit staat bekend als een “uplink”. Het antwoord dat de terminal ontvangt van de gateway wordt genoemd “downlink”. Op deze basis, wordt onderscheid gemaakt tussen drie soorten eindapparaten:

• Klasse A, eerste klasse

• Klasse B

• Klasse C

Apparaten van klasse A hebben het laagste energieverbruik in vergelijking met de andere twee klassen. Echter, deze kunnen alleen ontvangen een downlink als zij een uplink hebben gestuurd. Klasse A-inrichtingen geschikt zijn voor de overdracht van gegevens op tijd gebaseerde intervallen (bv. elk 15 notulen) of voor apparaten die verzenden van gegevens op basis van gebeurtenissen (bv. Als de temperatuur boven 21 graden of lager 19 graden).

Klasse B-end nodes kunnen meer bericht slots voor downlinks dan klasse A. Dit vermindert bericht latency, maar is ook minder energie-efficiënt.

Tenslotte, klasse C heeft een doorlopend ontvangen venster dat alleen wordt gesloten wanneer het apparaat een uplink bericht verzendt. daarom, Dit is de minst energie-efficiënte variant, die vaak een constante stroombron te bedienen.

gateways

Gateways zijn ook bekend als modems of access points. Een gateway is ook een apparaat dat alle LoRaWAN berichten van end apparaten ontvangt. Deze berichten worden vervolgens omgezet in een array van bits die boven conventionele IP netwerken worden verzonden. De gateway is gekoppeld aan de netwerkserver dat alle berichten verzendt.

Gateways transparant en rekenkracht beperkte. Meer complexe taken worden uitgevoerd in het netwerk server uitgevoerd. Afhankelijk van het gebruik en het type, gateways zijn beschikbaar in twee versies:

Gateways voor gebruik binnenshuis, bv. MKGW2-LW, MOKOSMART.

Network Server

Alle berichten van de gateways worden doorgestuurd naar de netwerkserver. Dit is waar de meer gecompliceerde verwerking van gegevens processen plaatsvinden. Het netwerk server is verantwoordelijk voor:

1. Routing / doorsturen van berichten naar de juiste toepassing;

2. De selectie van de beste gateway voor downlink berichten. Deze beslissing wordt meestal gemaakt op basis van een link kwaliteit indicator, die op zijn beurt wordt berekend volgens de RSSI (Ontvangen signaalsterkte indicaties) en de SNR (Signaal - ruis verhouding) of packets that were previously received;

3. dubbele berichten verwijderen wanneer door meerdere gateways ontvangen;

4. Decoderen van berichten die vanuit eindknooppunten en coderen van berichten teruggestuurd naar de knooppunten;

5. Gateways meestal verbinding met het netwerk server op een gecodeerde Internet Protocol (IK P) koppeling. Het netwerk omvat meestal de ingebruikname van de gateway en een bewaken interface die de provider om gateways te beheren maakt, remedie fouten, beeldscherm alarmen, enz. …

Applicatie server

De applicatie server is de plaats waar het Internet of Things toepassing bevindt – Dit is vooral handig voor gegevens die zijn vastgelegd met behulp van end-apparaten. In de meeste gevallen, applicatieservers draaien via een publieke of private cloud, is verbonden met het LoRaWAN netwerkserver en handvatten toepassingsspecifieke verwerking. De interface met de applicatieserver wordt bestuurd door de netwerkserver.

• LoRaWAN functies

• Bi-directionele communicatie

Een terminal kan overbrengen van gegevens naar de gateway en ontvangt ook het volgens de instellingen. Deze instellingen kunnen ook opgeroepen worden binnen de applicatie.

Localization

Een interessante functie van LoRaWAN is de lokalisatie zonder de noodzaak voor GPS. Dit is bijzonder nuttig voor volgsystemen en sensoren omdat het batterij-efficiënter en goedkoper kan worden gehandhaafd dan conventionele methoden.

schaalbaarheid

LoRaWAN is ontworpen voor grote ivd implementaties waarin duizenden apparaten zijn netwerk met een beheersbaar aantal gateways. Deze gateways kunnen meerdere kanalen controleren en meerdere berichten te verwerken tezelfdertijd.

Een andere belangrijke eigenschap van LoRaWAN is de snelheid waarmee gegevens kunnen worden verzonden. Er zijn verschillende datasnelheden die kunnen worden gebruikt voor de transmissie. Deze worden ook wel spreidingsfactoren (SF). Een langzamere transmissie maakt een langere en betrouwbaarder range.

Bijvoorbeeld, stel je praat met iemand die heel dicht bij je. U kan zeer snel spreken in deze situatie en uw gesprekspartner begrijpt alles wat je zegt. Wanneer u spreken met iemand die ver van u, je moet veel langzamer te worden begrepen spreken. Dit principe geldt ook voor de LoRaWAN protocol.

Adaptive Data Rate

met LoRaWAN, het netwerk kan ook automatisch de snelheid te optimaliseren waarmee de inrichting de data verzendt. Deze functie wordt de adaptieve gegevenssnelheid (of ADR) en het is vooral belangrijk om de capaciteit van een LoRaWAN netwerk te vergroten. ADR laat ons toe om het netwerk gemakkelijk te schalen door het toevoegen van een andere gateway. Vanwege deze gateway, veel end apparaten nu automatisch hun verspreiden factor aan te passen. Als resultaat, de afzonderlijke apparaten zijn korter “in de lucht”, waardoor meer vermogen voor het netwerk.

De adaptieve datasnelheid (afkorting: ADR) is een eenvoudig mechanisme dat de datasnelheid aanpast aan de volgende regels:

Indien de signaalsterkte (ook wel genoemd “linkbudget”) is hoog, de datasnelheid kan worden verhoogd;

Als de link een laag budget, de datasnelheid worden verlaagd.

Veiligheid

Het is belangrijk voor elke LPWAN om een ​​uitgebreide beveiligingsoplossing te gebruiken. LoRaWAN maakt gebruik van twee niveaus van beveiliging: een voor het netwerk en een voor de toepassing. Netwerkbeveiliging zorgt voor de authenticiteit van het einde in het netwerk, terwijl de applicatie-niveau zorgt ervoor dat de netbeheerder geen toegang tot de applicatie gegevens van eindgebruikers heeft. AES-encryptie wordt gebruikt voor key exchange.

Het netwerk niveau is verantwoordelijk voor het identificeren van het knooppunt. Het controleert of een bericht echt afkomstig is van een specifiek apparaat en wordt ook beschouwd als een integriteitscontrole. Het kan ook versleutelen MAC commando's.

De applicatie niveau wordt gebruikt voor de decryptie en encryptie van payloads.

Beide sleutels zijn versleuteld met 128 bit AES in ECB modus.

Use cases en toepassingsgebieden

LoRaWAN heeft zijn plaats op de markt te vinden in termen van toepassingen en toepassingsgebieden. Dankzij zijn unieke eigenschappen, LoRaWAN is het best geschikt voor scenario's zoals deze:

1. Toegang tot elektriciteit (elektriciteit) beperkt of beperkt;

2. De locaties zijn fysiek moeilijk om toegang te krijgen of zeer afgelegen;

3. Het aantal end apparaten is significant hoger in vergelijking met conventionele mobiele aansluitingen;

4. Het einde apparaten hoeven niet voortdurend berichten over te sturen.