LoRa to otwarty standard radiowy sieci rozległej małej mocy (LPWAN) tylko dla niewielkich ilości danych. Dlatego nadaje się do dalekiego zasięgu.
Jeśli chodzi o LoRaWAN, to nazwa sieci radiowej opartej na LoRa. LoRa i wykorzystuje pasma częstotliwości z wolnych od licencji pasm ISM. Oznacza to, że LoRaWAN może być alternatywą lub uzupełnieniem tradycyjnej sieci mobilnej z centralnym operatorem sieci. Co więcej, LoRaWAN jest również określana jako sieć 0G, aby odróżnić ją od tradycyjnej komunikacji mobilnej.
Ponieważ LoRa jest otwartym standardem radiowym, każdy może skonfigurować LoRaWAN jako sieć IoT lub M2M z komunikacją dwukierunkową lub skorzystać z rozwiązania społecznościowego.
Uwaga: Amerykańska LoRaWAN różni się od europejskiej LoRaWAN. Ma to wpływ na szybkość transmisji, a tym samym również na zużycie energii.
Charakterystyka
• Połączenie: Zorientowany na łącze w górę, dwukierunkowy, możliwy tryb potwierdzania
• Modulacja: Chirp Spread Spectrum i FSK
• Architektura sieci: Urządzenia końcowe komunikują się z bramkami, które przesyłają pakiety danych do serwera. Serwer posiada interfejsy do łączenia się z platformami i aplikacjami IoT.
• Zakresy częstotliwości: 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).
• Zakres: W zależności od topografii, aż do 2 km w obszarach miejskich i do 15 km na terenach wiejskich. Osiągnięto dobrą penetrację budynków.
• Zużycie energii: Między 10 mA i 100 nA w trybie uśpienia. W zależności od aplikacji, żywotność baterii jest 2 do 15 lat.
• Przepustowość kanału radiowego: 125 kHz
• Wrażliwość: -137 dBm
• Moc transmisji: +20 dBm lub maksymalnie 25 mW
• Pakiety danych: JA: maks. 51 bajty / USA: maks. 11 bajtów danych użytkownika na pakiet
• Szybkość transmisji: Między 250 fragment / s i 50 kbit / s
Technologia transmisji
Aby osiągnąć wysoką wydajność przesyłania danych i zużycia energii, LoRaWAN wykorzystuje rozpiętość częstotliwości. Pozwala to w znacznym stopniu uniknąć zakłóceń i zakłóceń wąskopasmowych.
Metoda transmisji nazywa się “Spektrum rozprzestrzeniania się ćwierkania”. A transmisja sygnału odbywa się jako rodzaj ćwierkania. Następnie, ćwierkający impuls jest rozłożony w szerokim zakresie częstotliwości. Przepustowość może być opcjonalnie wykorzystana do dużej szybkości transmisji danych lub niezawodnej transmisji. Współczynnik rozproszenia i przepustowość określają, jak wysoka może być szybkość transmisji danych i jak wysokie jest prawdopodobieństwo odbioru.
Sygnały, które są modulowane z różnymi współczynnikami rozpraszania i transmitowane na tym samym kanale częstotliwości, nie zakłócają się nawzajem. Ortogonalność współczynników rozprzestrzeniania umożliwia jednoczesną transmisję kilku urządzeń końcowych na tym samym kanale.
Sygnały LoRa są bardzo odporne na zakłócenia w paśmie i poza pasmem. Ich niewrażliwość na odbiór wielodrożny lub blaknięcie zapewnia duży zasięg w obszarach miejskich.
Architektura sieci LoRaWAN
Architektura sieci LoRaWAN składa się z wielu urządzeń końcowych w postaci czujników i aktuatorów, kilka bram i centralny serwer sieciowy. Urządzenie końcowe komunikuje się z bramą. Brama łączy się z serwerem sieciowym. Następnie serwer sieciowy komunikuje się za pomocą różnych protokołów (np. ODPOCZYNEK, MQTT, itp.) z aplikacją, która jest obsługiwana, na przykład, jako aplikacja w chmurze.
W LoRaWAN, bramy są odbiornikami sygnałów radiowych w 868 MHz. Tutaj chipy LoRa odbierają sygnały ćwierkające. Co do bramek, z drugiej strony, Połącz z internetem.
Bramy LoRaWAN idealnie tworzą zwartą sieć i mogą być dystrybuowane na całym świecie.
Wiadomość może zostać odebrana przez jedną lub więcej bramek. Bramy przekazują je do serwera sieciowego bez dalszej interwencji.
W LoRaWAN, serwery sieciowe są odpowiedzialne za identyfikację nadawcy i przekazanie pakietu do serwera aplikacji.
Serwer sieciowy zapewnia, między innymi, że wiadomość dociera tylko raz do serwera aplikacji, bez względu na to, ile bram je otrzymało.
Sieć prywatna lub wspólnotowa
W zasadzie każdy może obsługiwać własną sieć LoRaWAN. 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.
jednak, jeśli jesteś zależny od rozległej sieci radiowej, możesz się również skontaktować MOKOSmart, obsługujemy tylko własną bramę, który rozmawia z serwerami przez Internet. W odniesieniu do bezpieczeństwa, musisz tylko zaufać serwerowi sieciowemu, aby dostarczył odebrane pakiety danych i serwerowi aplikacji, które mogą odszyfrować zawartość.
Zasięg
LoRa ma wysoką czułość -137 dBm, co zwiększa dostępność sieci. Sygnały bez problemu przenikają przez ściany budynków, a także mogą docierać do piwnic lub innych tzw. głębokich miejsc wewnątrz budynków.
Odległość między nadajnikiem a odbiornikiem wynosi około 3 km (Miasto), około. 6 km (przedmieścia) i do 13 km (obszary wiejskie) w zależności od otoczenia i terenów zabudowanych.
Odległość między nadajnikiem LoRa a odbiornikiem zależy od współczynnika rozprzestrzeniania, przepustowość, wybrana moc transmisji chipa LoRa i zastosowanej anteny.
Szybkość transmisji
Aby zmaksymalizować żywotność baterii i kontrolować ogólną pojemność sieci (ograniczone wymogami regulacyjnymi), LoRa kontroluje szybkość transmisji danych i wyjście RF indywidualnie za pomocą adaptacyjnej szybkości transmisji danych (ADR) dla każdego urządzenia końcowego.
Komunikacja między terminalem a bramą odbywa się na różnych kanałach częstotliwości z różnymi szybkościami transmisji danych. Zakres danych to 0. 3 do 50 kbit/s. Fizyczny rozmiar paczki to 64 bajty. 13 bajty są wymagane dla nagłówka. To odchodzi 51 bajty dla danych użytkownika.
Uwaga: w Stanach Zjednoczonych, czas kanału jest ograniczony do 400 milisekundy. Oznacza to, że tylko maksymalnie 11 bajty danych użytkownika mogą być przesyłane na pakiet.
SF12 (współczynnik rozprzestrzeniania się) w 125 kHz (pasmo) tylko osiąga 250 fragment / s (Szybkość transmisji danych). Odbiornik z dużym prawdopodobieństwem odbierze impuls ćwierkający, ponieważ stosunkowo łatwo jest odróżnić sygnały od szumu.
Najszybsza określona kombinacja to SF7 at 250 szerokość pasma kHz. To prowadzi do 11,000 bps.
Pobór energii
Proces modulacji LoRa umożliwia optymalną moc nadawania przy możliwie najniższym poborze mocy przez nadajnik. Niskie zużycie energii zapewnia żywotność baterii do 15 lat.
Upraszcza to obsługę i jest niedrogie, ponieważ nie jest wymagane oddzielne zasilanie.
Klasy urządzeń
LoRa rozróżnia różne klasy urządzeń, przy czym tylko klasa A jest interesująca dla zastosowań w Internecie Rzeczy. A urządzenie końcowe jest w stanie oszczędzania baterii i transmituje tylko przez chwilę, gdy stan się zmieni. Coś można wysłać na terminal tylko w tym czasie.
Razem z modułem radiowym, te urządzenia końcowe są bardzo tanie ze względu na swoją prostotę i nadają się również do zaspokojenia wysokiego zapotrzebowania.
Jeśli urządzenia mogą być adresowane również poza tym okresem?, klasa urządzenia B lub C musi być faktycznie wybrana, co znacznie zwiększa zużycie energii i, w zależności od sieci, w ogóle nie jest obsługiwany.
Aplikacje
LoRa jest przeznaczony głównie do zastosowań z czujnikami statycznymi. Typowe zastosowania obejmują nagrywanie, odpytywanie i wymiana informacji o statusie. Z czujnikami umieszczonymi w dowolnym miejscu, informacje można ustalić lub uzyskać, które można łatwo zintegrować z aplikacją.
1. Inteligentny dom
2. Inteligentne miasto
3. Inteligentna fabryka
4. Inteligentne rolnictwo
5. Inteligentny transport
