Co to jest technologia LoRa i jak działa – Szczegółowy przewodnik

Co to jest technologia LoRa i jak działa – Szczegółowy przewodnik
Co to jest technologia LoRa

Internet rzeczy (IoT) napędza popyt na łączność bezprzewodową w różnych branżach. Firmy z branż, od łańcucha dostaw po infrastrukturę, chcą bezprzewodowo monitorować odległe zasoby, śledzić przesyłki, digitalizować sprzęt, i więcej. Jednak wiele technologii bezprzewodowych, takich jak Wi-Fi i Bluetooth, nie nadaje się do zastosowań na duże odległości. Wejdź do LoRa – powstającego standardu bezprzewodowego, który działa jak Bluetooth na sterydach. Wydaje się, że dobrze nadaje się do wdrożeń sieci IoT na dużą skalę ze względu na możliwości dużego zasięgu i niskiego poboru mocy. na tym blogu, Omówię ogólnie, czym jest LoRa, jak to działa, jego kluczowe zalety, Aplikacje, i wskazówki, jak samemu spróbować.

Definicja technologii LoRa

LoRa oznacza radio dalekiego zasięgu i jest przeznaczone głównie dla Internetu rzeczy (IoT) i sieci M2M. Jest to rodzaj nowego podejścia do modulacji bezprzewodowej, zaprojektowanego specjalnie z myślą o łączności na duże odległości i komunikacji o niskim poborze mocy. Ta technologia umożliwi sieciom wielodostępnym lub publicznym łączenie wielu aplikacji działających w tej samej sieci.

wprowadzenie do technologii-lora

Protokół LoRa obejmuje wiele różnych warstw, w tym poziom aplikacji i urządzenia, zapewniający bezpieczną komunikację, szyfrowanie w sieci. Każda pojedyncza brama LoRa może obsługiwać nawet miliony węzłów. Sygnały mogą rozciągać się na znaczną odległość, co oznacza, że ​​wymagana jest mniejsza struktura, dzięki czemu budowa sieci jest szybsza i znacznie tańsza w realizacji.

Został pierwotnie opracowany przez Cycleo z Grenoble, Francji, która została przejęta przez Semtech w 2012. Później, sojusz non-profit standaryzowany LoRaWAN – protokół komunikacyjny zbudowany na bazie modulacji LoRa. LoRaWAN definiuje architekturę systemu, podczas gdy LoRa zapewnia łączność fizyczną dalekiego zasięgu.

Architektura sieci LoRa

Architektura LoRaWAN składa się z węzłów końcowych, bramy, serwer sieciowy i serwer aplikacji. Pod względem autentycznej architektury dla sieci LoRa, węzły są zazwyczaj w topologii gwiazdy z gwiazdami z bramami tworzącymi przezroczysty most. Przekazują one wiadomości między centralnym serwerem sieciowym a urządzeniami końcowymi w zapleczu. Komunikacja z węzłami końcowymi jest zwykle dwukierunkowa, ale możliwe jest również wsparcie operacji multicast, i jest to przydatne w przypadku funkcji takich jak podobne lub inne wiadomości masowej dystrybucji lub aktualizacje oprogramowania.

  • czujnik LoRa: Punkty końcowe to elementy sieci LoRa, w których odbywa się kontrola lub wykrywanie. Zazwyczaj znajdują się one w odległej lokalizacji!.
  • Bramka LoRa: Brama odbiera infrastruktury z punktów końcowych LoRa, a następnie przesyła je do systemu backhaul. Ta część sieci LoRa może być komórkowa, Ethernet, lub inne łącze telekomunikacyjne, bezprzewodowe lub przewodowe. Bramy są połączone z serwerem sieciowym za pomocą typowych połączeń IP. W ten sposób, dane wykorzystują typowy protokół, ale można je podłączyć do dowolnej sieci telekomunikacyjnej, zarówno prywatne, jak i publiczne. Ze względu na podobieństwo sieci LoRa do sieci komórkowej, Bramy LoRaWAN często mogą być ulokowane razem z komórkową stacją bazową. W ten sposób, są w stanie wykorzystać dodatkową pojemność w sieci dosyłowej.
  • Serwer sieciowy LoRa: Serwer sieciowy LoRa odnosi sukcesy w sieci i w ramach swojej funkcji, działa w celu usunięcia zduplikowanych pakietów, dostosowuje szybkości transmisji danych, i harmonogramy potwierdzenia. Ocena sposobu, w jaki można ją wdrożyć i podłączyć, bardzo ułatwia wdrożenie sieci LoRa.
  • Serwer aplikacji: Następnie, zdalny komputer może kontrolować działania punktów końcowych lub zbierać dane z punktów końcowych – sieć LoRa jest prawie przezroczysta.

Jak działa technologia LoRa

Bezprzewodowa LoRa wykorzystuje modulację widma rozproszonego, który rozprzestrzenia sygnał wąskopasmowy w szerszym paśmie kanału. Magia łączności bezprzewodowej dalekiego zasięgu wynika z sprytnych optymalizacji:

Spektrum rozprzestrzeniania się ćwierkania (CSS)

Jest to technika modulacji warstwy fizycznej stosowana w radiu LoRa. CSS działa poprzez pobieranie sygnału sinusoidalnego i zmianę jego częstotliwości liniowo w czasie, tworząc sygnał chirp. Sygnał ten jest następnie modulowany na częstotliwość nośną.

Poprzez ćwierkanie sygnału w szerszym paśmie, LoRa rozprowadza energię w większym zakresie częstotliwości. Zwiększa to odporność na zakłócenia i hałas, jednocześnie poprawiając odbiór sygnału na bramce.

Adaptacyjna szybkość transmisji danych (ADR)

Jest to metoda LoRa służąca do dynamicznej optymalizacji szybkości transmisji danych pomiędzy urządzeniami końcowymi i bramami. Korzystanie z ADR, węzły mogą przejść na większe prędkości transmisji danych, gdy zakłócenia są niskie, i przejść na bardziej niezawodne szybkości transmisji danych, gdy zakłócenia rosną.

Ta optymalizacja zapewnia najlepsze szybkości transmisji danych w zmieniających się warunkach kanału, maksymalizując zarówno żywotność baterii węzłów, jak i ogólną przepustowość sieci.

Razem CSS i ADR zapewniają LoRa imponujący zasięg i odporność przy minimalnym zużyciu energii. W innych systemach sygnały wydają się przypominać szum, zwiększenie bezpieczeństwa.

Kluczowe cechy i zalety technologii LoRa

Przyjrzyjmy się bliżej niektórym wyjątkowym zaletom technologii radiowej LoRa:

  • Łączność dalekiego zasięgu– Włączanie zakresów 15+ km na obszarach wiejskich i 5+ km w obszarach miejskich. Umożliwia zasięg na skalę miasta, i osiąga się dobrą penetrację budynków.
  • Niska moc– Między 10 mA i 100 nA w trybie uśpienia. W zależności od aplikacji, żywotność baterii jest 2 do 15 lat. Radykalnie zmniejsza koszty konserwacji.
  • Bezpieczne transmisje– Szyfrowanie AES-128 bitów zabezpiecza dane i zapobiega manipulacji.
  • Dokładna geolokalizacja– Sygnały mogą wskazywać lokalizację z dokładnością do kilkudziesięciu metrów bez GPS. Pomocne przy śledzeniu zasobów.
  • Globalne pasma widma – 868 MHz (863–870 MHz, podzielony na kilka podpasm) w Europie i 915 MHz w USA. Okres użytkowania kanału jest ograniczony przepisami w wielu krajach (cykl pracy).
  • Komunikacja dwukierunkowa– Wyślij dane w górę i wypchnij konfigurację w dół. Urządzenia komunikacyjne LoRa umożliwiają zdalne sterowanie.
  • Wysoka pojemność– Pojedyncza bramka LoRa może obsłużyć miliony wiadomości dziennie z tysięcy urządzeń.
  • Otwarty standard– LoRaWAN to otwarta specyfikacja nadzorowana przez organizację non-profit LoRa Alliance. Zapewnia przyjęcie i interoperacyjność.

Podstawy technologii LoRa

Istnieje kilka kluczowych elementów technologii LoRa. Niektóre z jego kluczowych funkcji obejmują następujące:

  • Do milionów węzłów
  • Długa żywotność baterii; w zapasie dziesięciu lat
  • Daleki zasięg; 15-20 km.

Istnieją różne elementy technologii LoRa, które zapewniają ogólną łączność i funkcjonalność.

Stos protokołów LoRa: LoRa Alliance zdefiniowało również otwarty stos protokołów. Utworzenie tego stosu o otwartym kodzie źródłowym umożliwiło powstanie koncepcji LoRa, ponieważ wszystkie różne typy firm zaangażowanych w rozwój LoRa, zastosowanie, i wykorzystanie udało się połączyć, aby stworzyć niedrogie i łatwe w obsłudze rozwiązanie umożliwiające łączność ze wszystkimi rodzajami podłączonych urządzeń IoT.

Projekt sieci LoRa: Oprócz elementów RF systemu bezprzewodowego LoRa, istnieje kilka innych elementów architektury sieci network, w tym obecność ogólnej architektury systemu, serwer, backhaul, i komputery aplikacyjne. Ogólna architektura jest często określana jako LoRaWAN.

LoRa PHY / Interfejs RF: Warstwa fizyczna LoRa lub PHY jest kluczem do działania systemu. Reguluje aspekty sygnału RF przesyłanego między węzłami lub punktami końcowymi, to znaczy. Bramka LoRa i czujniki są tam, gdzie odbierane są sygnały. Warstwa fizyczna lub interfejs radiowy reguluje aspekty sygnału, w tym format modulacji, poziomy mocy, częstotliwości, sygnalizacja pomiędzy elementami nadawczymi i odbiorczymi, i inne powiązane tematy.

Modulacja LoRa

Technologia LoRa to bezprzewodowa modulacja lub fizyczna (PHY) warstwa krzemu, wykorzystywane do tworzenia łącza komunikacyjnego dalekiego zasięgu.

Warstwa fizyczna LoRa wykorzystuje formę modulacji widma rozproszonego. System modulacji LoRa wykorzystuje szerokopasmowe, liniowe impulsy o kontrolowanej częstotliwości. Poziom wzrostu lub spadku częstotliwości w czasie służy do kodowania danych, które mają być przesyłane, Jak na przykład; forma modulacji chirp.

Ten rodzaj modulacji umożliwia systemom bezprzewodowym LoRa demodulację sygnałów o 20 dB poniżej poziomu szumów, gdy demodulacja jest połączona z korekcją błędów przesyłania, FEC. W porównaniu do tradycyjnego systemu FSK; budżet łącza dla systemu LoRa może zapewnić poprawę o ponad 25 dB.

W wyniku tego, że transmisja rozprzestrzenia się w sposób pseudolosowy, może być trudny do wykrycia dla użytkowników innych niż LoRa i może wyglądać jak szum. Może to wspierać bezpieczeństwo systemu.

Kolejną zaletą systemu jest to, że modulacja chirp i system, ogólnie, są tolerancyjne na przesunięcia częstotliwości i w rezultacie, możliwe jest zastosowanie podstawowego oscylatora kwarcowego z a 20-30 akceptację ppm zamiast oscylatora przenoszącego temperaturę, TCXO. Może to zapewnić pewne oszczędności w obwodach elektronicznych węzła.

Bezpieczeństwo sieci LoRa

Kwestia bezpieczeństwa sieci nabiera coraz większego znaczenia. W związku z tym sieci LoRa wymagają wysokiego poziomu bezpieczeństwa, aby zapobiec problemom z jakimikolwiek systemami.

Aby osiągnąć wymagany poziom bezpieczeństwa dla sieci LoRa, użyto kilku warstw szyfrowania:

Klucz specyficzny dla urządzenia (EUI128).

Unikalny klucz sieci (EUI64) gwarantuje bezpieczeństwo na poziomie sieci.

Unikalny klucz aplikacji (EUI64) certyfikacja kompleksowych zabezpieczeń.

Korzystanie z tych warstw szyfrowania zapewnia, że ​​sieć LoRa pozostaje odpowiednio bezpieczna.

Zastosowania technologii LoRa

Technologia bezprzewodowa LoRa jest najlepiej przystosowana do różnych zastosowań. Duży zasięg i niski pobór mocy oznaczają, że punkty końcowe można wdrażać w wielu różnych miejscach, na zewnątrz i wewnątrz budynków i nadal mieć możliwość komunikacji z bramą. Ponieważ system jest łatwy do wdrożenia i może być używany do dużej liczby IoT, Internetowe rzeczy, i maszyna do maszyny, Aplikacje, M2M. Oto kilka typowych zastosowań LoRa:

Zastosowania technologii LoRa

Inteligentne miasta – Inteligentne pomiary, monitorowanie środowiska, inteligentne parkowanie, światła uliczne, gospodarka odpadami i nie tylko.

Łańcuch dostaw/logistyka – Śledzenie i monitorowanie zasobów, monitorowanie łańcucha chłodniczego, Zarządzanie flotą.

Rolnictwo – Monitoring gleby, kontrola nawadniania, śledzenie zwierząt gospodarskich.

Przemysłowy Internet rzeczy – Monitorowanie sprzętu, konserwacja predykcyjna, automatyzacja.

Monitorowanie infrastruktury – Monitoruj tory kolejowe, mosty, tunele pod kątem jakichkolwiek zmian fizycznych.

Narzędzia – Inteligentna sieć, pomiar gazu/wody, wykrywanie wycieków, rozproszone wytwarzanie energii.

Automatyka budynkowa – Sterowanie HVAC i oświetleniem, zarządzanie energią, monitorowanie obłożenia pokoi.

Opieka zdrowotna – Śledzenie zasobów, czujniki urządzeń medycznych, monitorowanie pacjenta.

Sprzedaż – Zarządzanie zapasami w magazynach, marketing geograficzny za pomocą beaconów.

LoRa kontra LoRaWAN – Co za różnica?

LoRa opisuje niższą warstwę fizyczną, górne warstwy sieciowe były nieobecne. LoRaWAN to jeden z wielu protokołów opracowanych w celu opisania wyższych warstw sieci. LoRaWAN to kontrola dostępu do mediów oparta na chmurze (PROCHOWIEC) protokół warstwy, ale działa głównie jako protokół warstwy sieci do zarządzania komunikacją między urządzeniami węzła końcowego a bramami LPWAN, jako protokół sterujący, utrzymywany przez LoRa Alliance. Wersja specyfikacji LoRaWAN 1.0 ukazał się w czerwcu 2015.

LoRaWAN definiuje architekturę systemu i protokół komunikacyjny dla sieci, podczas gdy warstwa fizyczna LoRa umożliwia połączenie komunikacyjne dalekiego zasięgu.

Tak w skrócie:

LoRa = modulacja warstwy fizycznej

LoRaWAN = protokół komunikacyjny i architektura

Razem zapewniają kompletne rozwiązanie, obejmujące zarówno łączność dalekiego zasięgu, jak i elastyczną architekturę komunikacji sieciowej.

różnica między-LoRa-i-LoRaWAN

Czym jest Sojusz LoRa?

Podobnie jak w przypadku wielu innych systemów, utworzono organizację branżową w celu opracowania, a następnie promowania systemu bezprzewodowego LoRa w całej branży, zwanego Sojusz LoRa. Został uruchomiony w marcu 2015. Jak stwierdza Sojusz, została utworzona, aby zapewnić otwarty globalny standard bezpieczeństwa, Łączność IoT LPWAN klasy operatorskiej.

Chociaż LoRa została zasadniczo opracowana przez Semtech, otwarcie standardu umożliwiło jego przyjęcie przez dużą liczbę firm, w ten sposób powiększając ekosystem i zyskując znacznie większe zaangażowanie, szersza gama produktów oraz ogólny wzrost użytkowania i akceptacji.

Członkami założycielami LoRa Alliance są Actility, Cisco, Eolane, IBM, Kerlink, IMST, Multitechnologia, Sagemcom, Semtech, i technologia mikroprocesorowa!, a także wiodących operatorów telekomunikacyjnych: Telekomunikacja Bouygues, KPN, SingTel, Proximus, Swisscom, i FastNet (część Telkom South Africa).

Pierwsze kroki z technologią LoRa

Gruntownie, każdy może obsługiwać własną komunikację LoRa. Ponieważ LoRa działa w nieprzypisanym zakresie częstotliwości, nie są potrzebne żadne koszty licencji na częstotliwości. Jeśli musisz skonfigurować LoRaWAN tylko na ograniczonym obszarze, działanie własnych bramek i serwerów może mieć sens. Chcesz zbudować własne rozwiązania LoRa i LoRaWAN? Oto kilka wskazówek, jak MOKOSmart może pomóc Ci rozpocząć pracę z technologią LoRa:

– MOKOSmart oferuje szeroką gamę musisz obliczyć budżet i powierzchnię biurową, aby zrozumieć, na jakie rozwiązania IoT Cię stać do śledzenia zasobów, monitorowanie środowiska, wykrywanie parkowania i nie tylko.

– Nasze bramy LoRaWAN mają obudowę IP66 i wbudowaną obsługę LoRa i Bluetooth.

– Oferujemy bramki Bluetooth LoRaWAN umożliwiające podłączenie urządzeń Bluetooth.

– Pamiętaj, aby przeprowadzić pilotaż z małymi wdrożeniami testowymi, aby ocenić zasięg i wydajność w świecie rzeczywistym.

– Poświęć trochę czasu na zaprojektowanie pełnej, kompleksowej architektury systemu.

– Dołącz do LoRa Alliance, aby współpracować i uzyskiwać dostęp do zasobów.

– Z naszymi czujnikami, bramy, i moduły LoRa, możesz szybko budować sieci IoT dalekiego zasięgu.

Dzięki łatwym w integracji urządzeniom LoRa IoT firmy MOKOSmart, możesz szybko zbudować łączność bezprzewodową dalekiego zasięgu w swoich aplikacjach IoT. Sięgnij po pomoc w rozpoczęciu korzystania z technologii LoRa.

CZYTAJ WIĘCEJ O LORZE

Scenariusz --
Fiona Kuan
Fiona Kuan
Fiona, pisarz techniczny i redaktor w MOKOSMART, poprzednio wydane 10 lat jako inżynier produktu w firmie IoT. Od momentu dołączenia do naszej firmy, ściśle współpracowała ze sprzedażą, menedżerowie produktu i inżynierowie, uzyskanie wglądu w potrzeby klientów. Łączymy głębokie doświadczenie branżowe i zrozumienie tego, czego klienci chcą najbardziej, Fiona pisze angażujące treści obejmujące podstawy IoT, dogłębne materiały techniczne i analiza rynku - łączenie się z odbiorcami z całego spektrum IoT.
Fiona Kuan
Fiona Kuan
Fiona, pisarz techniczny i redaktor w MOKOSMART, poprzednio wydane 10 lat jako inżynier produktu w firmie IoT. Od momentu dołączenia do naszej firmy, ściśle współpracowała ze sprzedażą, menedżerowie produktu i inżynierowie, uzyskanie wglądu w potrzeby klientów. Łączymy głębokie doświadczenie branżowe i zrozumienie tego, czego klienci chcą najbardziej, Fiona pisze angażujące treści obejmujące podstawy IoT, dogłębne materiały techniczne i analiza rynku - łączenie się z odbiorcami z całego spektrum IoT.
Podziel się tym postem