Czy zastanawiasz się nad integracją LoRaWAN ze swoim rozwiązaniem IoT?? W świecie szybko rozwijającej się technologii IoT, LoRaWAN wyróżnia się jako potężny gracz w sektorze LPWAN. Jeśli rozważasz rozwiązanie sieciowe LoRaWAN do zastosowań przemysłowych lub korporacyjnych, Zagłębienie się w zawiłości tego protokołu jest kluczowym pierwszym krokiem. W tym artykule, zapewniamy głębokie zanurzenie się we wszystkich kluczowych aspektach technologii LoRaWAN. Dołącz do nas, gdy będziemy poruszać się po najważniejszych kwestiach, zapewniając wiedzę niezbędną do podejmowania świadomych decyzji dotyczących przedsięwzięć związanych z IoT.
Czym jest technologia LoRaWAN
LoRaWAN oznacza sieć rozległą dalekiego zasięgu. Jest to protokół sieci WAN o niskim poborze mocy, przeznaczony do bezprzewodowych urządzeń i zasobów zasilanych bateryjnie. Sieci LoRaWAN zazwyczaj wykorzystują nielicencjonowane pasmo, np. pasma 433 MHz lub 900 MHz, do bezprzewodowego łączenia urządzeń z Internetem na duże odległości.
Technologia opiera się na warstwie fizycznej zwanej LoRa, który wykorzystuje modulację widma rozproszonego chirp. Ta metoda rozprzestrzenia sygnał w szerszym paśmie, czyniąc go odpornym na zakłócenia i nadając mu charakterystykę dalekiego zasięgu. Semtech pierwotnie opracował technikę modulacji LoRa i utrzymuje ją.
LoRaWAN dodaje protokół warstwy sieciowej, aby umożliwić dwukierunkową komunikację pomiędzy urządzeniami końcowymi i bramami. Bramy następnie łączą się z centralnymi serwerami sieciowymi za pośrednictwem protokołu IP. Architektura ta umożliwia korzystanie z takich funkcji, jak adaptacyjne szybkości transmisji danych, adresowanie urządzeń, bezpieczeństwo, roamingu itp. umożliwiając wdrożenia na dużą skalę.
Sojusz LoRa, jest otwartym stowarzyszeniem non-profit, które nadzoruje standardy LoRaWAN i napędza globalną adopcję. To już koniec 500 członków na całym świecie, wśród producentów urządzeń, operatorzy, dostawcy rozwiązań przyspieszający wdrażanie.
Różnica pomiędzy LoRa i LoRaWAN
Po prostu, LoRa odnosi się wyłącznie do techniki modulacji fizycznej lub schematu kodowania sygnału, który umożliwia komunikację na duże odległości. Wykorzystuje koncepcję modulacji widma rozproszonego chirp i korekcji błędów w przód, aby osiągnąć zasięg ponad 10 mil na obszarach wiejskich i 3 km w miastach.
Protokół LoRaWAN działa w oparciu o modulację LoRa w celu zarządzania komunikacją danych, umożliwić dwukierunkową wymianę i wdrożyć funkcje bezpieczeństwa sieci. Obejmuje to takie funkcje, jak optymalizacja szybkości transmisji danych, schematy adresowania, wdrażanie szyfrowania AES-128 i zarządzanie wymianą danych pomiędzy urządzeniami i bramkami.
Zatem LoRa jest schematem modulacji warstwy fizycznej umożliwiającym sygnalizację dalekiego zasięgu, podczas gdy LoRaWAN definiuje protokół i standardy komunikacyjne. Pomyśl o LoRa jak o autostradzie umożliwiającej pojazdom szybkie pokonywanie długich dystansów, podczas gdy LoRaWAN to znaki drogowe i elementy sterujące regulujące uporządkowany i bezpieczny tranzyt po tej autostradzie.
Jak działa technologia LoRaWAN
Architektura LoRaWAN obejmuje urządzenia końcowe/węzły z czujnikami, bramy, serwer sieciowy, i serwer aplikacji.
Punkty końcowe łączą się za pośrednictwem łączy LoRa z bramami rozmieszczonymi na zewnątrz, np. na budynkach, wieże, itp. Bramy łączą łączność typu backhaul, taką jak Wi-Fi, Ethernet lub komórkowa. Mogą obejmować kilometry dalekiego zasięgu z szybkością transmisji danych wahającą się od 0,3 kb/s do 50 kb/s.
Bramy przekazują wiadomości z potencjalnie milionów urządzeń z powrotem do centralnego serwera sieciowego. Zarządza podstawowymi funkcjami, takimi jak bezpieczeństwo, adresowanie, profile urządzeń, zasady, dostosowanie szybkości transmisji danych itp. Deduplikuje także wiadomości i kontroluje potwierdzone dostarczanie między aplikacjami i urządzeniami.
Serwer sieciowy przekazuje dane poprzez połączenia IP do serwera aplikacji. Tutaj znajduje się aplikacja IoT i logika biznesowa, do dekodowania danych z czujników i łączenia ich z dashboardami, analityka, usługi w chmurze itp.
Klasy urządzeń LoRaWAN A, b, & do
LoRaWAN zawiera trzy różne typy urządzeń końcowych, aby sprostać różnym potrzebom pojawiającym się w szerokim zakresie zastosowań:
Klasa A: Najniższa moc, i dwukierunkowe urządzenie końcowe
Jest to domyślna klasa, która pozwala punktom końcowym przesyłać łącze w górę w dowolnym momencie, po których następują dwa krótkie okna odbioru łącza w dół. Ponieważ komunikacja w łączu w górę jest asynchroniczna, a łącze w dół podąża za czasem w łączu w górę, urządzenia mogą spać, maksymalizując żywotność baterii. Wiadomości typu downlink są buforowane na serwerze.
Klasa B: Dwukierunkowe urządzenie końcowe z deterministycznym opóźnieniem łącza w dół
Urządzenia klasy B otwierają dodatkowe okna odbioru w zaplanowanych odstępach czasu zsynchronizowanych z siecią. Pozwala to na mniejsze opóźnienia łącza w dół kosztem większego zużycia energii. Deterministyczne opóźnienie można zaprogramować 128 sekund, dzięki czemu nadaje się do zasilania akumulatorowego.
Klasa C: Minimalne opóźnienie, dwukierunkowe urządzenia końcowe
Bazując na klasie A, Klasa C utrzymuje odbiornik otwarty w sposób ciągły, chyba że nadawany jest. Umożliwia to serwerowi pobieranie w dowolnym momencie z niemal zerowym opóźnieniem. jednak, ciągłe słuchanie może zużywać ponad 50 mW, dlatego klasa C jest odpowiednia do zastosowań zasilanych z sieci. Możliwe jest tymczasowe przełączanie.
Porównanie LoRaWAN vs. inne technologie LPWAN
Przestrzeń LPWAN, szybko rozwijającą się część rynku łączności IoT, zawiera SigFoxa, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, Laboratoria łączy, i nieważki. Inne protokoły, takie jak LTE-CAT M, IEEE P802.11AH, i Dash7 również odgrywają istotną rolę w ekosystemie LPWAN. W tej sekcji, Zajmiemy się głównie wspomnianymi wcześniej technologiami.
- LoRaWAN
LoRaWAN, zarządzane przez Sojusz LoRa, charakteryzuje się otwartą standardową warstwą sieciową przy wsparciu zróżnicowanego sojuszu branżowego. Działa na chipie LoRa, doskonale sprawdza się w zastosowaniach związanych wyłącznie z łączem w górę, dzięki efektywnej dystrybucji zakodowanych pakietów, redukując kolizje i zakłócenia. Pomimo otwartego standardu, Zależność LoRaWAN od chipów Semtech przy implementacji pełnego stosu dodaje warstwę ekskluzywności.
- Sigfox
Sig Fox, francuska firma założona w 2009, wyróżnia się rozszerzonym zasięgiem uzyskanym dzięki powolnym współczynnikom modulacji. Jako zastrzeżona technologia, SigFox to dobry wybór do zastosowań wymagających rzadkich i małych serii danych, takie jak inteligentne kosze na śmieci i czujniki parkowania. jednak, ograniczenia możliwości łącza w dół i podatność na zakłócenia sygnału stanowią wyzwanie w niektórych przypadkach użycia.
- NB-IoT i LTE-M
W przestrzeni LPWAN pojawiają się NB-IoT i LTE-M, wykorzystując standardową łączność LTE. NB-IoT wyróżnia się efektywnością energetyczną i opłacalnością, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań w inteligentnych miastach, podczas gdy LTE-M oferuje wyższą szybkość transmisji danych. Wybór pomiędzy nimi zależy od konkretnych zastosowań; NB-IoT doskonale nadaje się do inteligentnych liczników, podczas gdy LTE-M może być bardziej korzystny w przypadku dronów lub pojazdów.
- Laboratoria łączy
Link Labs wykorzystuje chip LoRa, ale wprowadza prywatną warstwę MAC o nazwie Symphony Link. Symphony Link dodaje kilka ważnych funkcji łączności poprzez LoRaWAN, łącznie z gwarantowanymi aktualizacjami oprogramowania sprzętowego sieci bezprzewodowej, odbiór wiadomości, możliwości wzmacniaka, oraz usunięcie ograniczeń zakresu dynamicznego i współczynnika wypełnienia.
- Nieważki
Misją Weightless SIG jest standaryzacja technologii LPWAN. Jako jedyny prawdziwie otwarty standard, Weightless działa na nielicencjonowanym widmie poniżej 1 GHz. 3 wersje Weightless mogą być wykorzystywane do różnych celów:
Nieważkość-w: Wykorzystaj białe znaki (niewykorzystane widmo lokalne w licencjonowanym paśmie telewizyjnym)
Nieważkość-n: Nielicencjonowany protokół wąskopasmowy widma wywodzący się z technologii NWave
Nieważkość-str: Protokół dwukierunkowy wywodzący się z technologii Platanus firmy M2COMM
Weightless N i P są bardziej popularnymi opcjami, ponieważ żywotność baterii Weightless W jest krótsza.
Zalety technologii LoRaWAN
Oto niektóre z wyjątkowych korzyści oferowanych przez technologię LoRaWAN:
- Bardzo niska moc: Urządzenia LoRaWAN mogą pracować w trybie niskiego zużycia energii, a ich bateria wytrzymuje kilka lat.
- Wyjątkowy zasięg: Zasięg dalekiego zasięgu do 10 mil na obszarach wiejskich i 1-3 mil w środowisku miejskim
- Głęboka penetracja w pomieszczeniach: Sieci LoRaWAN mogą zapewniać głęboki zasięg w pomieszczeniach zamkniętych, i z łatwością pokryć wielopiętrowe budynki.
- Bezpłatne licencjonowanie widma: Technologia LoRaWAN działa bezpłatnie (nielicencjonowany) częstotliwości, bez dodatkowych opłat za licencję na widmo.
- Wysoka pojemność: Pojemność sieci umożliwiająca obsługę ponad miliona urządzeń na każdą bramę.
- Wdrożenie publiczne i prywatne: Wdrażanie prywatnych i publicznych sieci LoRaWAN przy użyciu tego samego oprogramowania i sprzętu jest łatwe (urządzenia końcowe, bramy, anteny).
- Kompleksowe bezpieczeństwo: Mocny 128 Bitowe szyfrowanie AES typu end-to-end dla solidnego bezpieczeństwa.
- Niska cena: Bardzo niski koszt urządzeń i obsługi, dzięki czemu idealnie nadaje się do wdrożeń dużych urządzeń
- Ekosystem: LoRaWAN posiada bardzo duży ekosystem producentów urządzeń, twórcy aplikacji, dostawców usług sieciowych, i dostawców rozwiązań.
Przypadki użycia technologii LoRaWAN
Oto kilka obiecujących kategorii przypadków użycia, idealnych dla LoRaWAN:
Inteligentne miasta & Narzędzia
Miasta mogą skutecznie łączyć infrastrukturę obywatelską, taką jak liczniki, kosze na śmieci, oświetlenie uliczne, monitory zanieczyszczeń. Nawet śledzenie pojazdów i autobusów jest opłacalne, umożliwiając inteligentny transport. Dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej, inteligentne pomiary na dużą skalę są wysoce wykonalnym gazem zakresowym, liczniki prądu i wody.
Łańcuch dostaw & Logistyka
Firmy logistyczne mogą śledzić lokalizację, stan i ruch kontenerów, paletach w wielu magazynach i w transporcie. Łańcuch chłodniczy może zapewnić integralność towarów łatwo psujących się. Operacje portowe mogą śledzić dźwigi, pojazdy, ładunek itp.
Inteligentne rolnictwo & Rolnictwo
Czujniki LoRaWAN mogą rozprzestrzeniać się w gospodarstwach, sady i winnice monitorujące wilgotność gleby, środowisko upraw, warunki przechowywania przez cały rok za pomocą czujników akumulatorowych. Pojawiają się także urządzenia do noszenia związane ze zdrowiem zwierząt i lokalizacją.
Zarządzanie aktywami & Śledzenie
Cenne aktywa, takie jak sprzęt, urządzenia można monitorować w różnych lokalizacjach pod kątem parametrów takich jak temperatura, wstrząsy, ruch itp. poprawę bezpieczeństwa, użytkowania i żywotności. Palety z etykietą LoRaWAN, pudełka usprawniają magazyny.
Przemysłowy Internet rzeczy & Monitorowanie czujnika
Fabryki mogą wdrażać niezawodne, czujniki dalekiego zasięgu do śledzenia zasobów, wskaźniki bezpieczeństwa i wskaźniki jakości produktu na wszystkich piętrach bez przewodów i wymian baterii. Nawet odległe miejsca, takie jak rurociągi, platformy itp. można zmierzyć.
Inteligentna opieka zdrowotna & Medyczny
Szpitale mogą skutecznie łączyć urządzenia medyczne i zasoby, takie jak wózki inwalidzkie, za pomocą LoRaWAN w celu lepszego śledzenia i wykorzystania. Opaski na nadgarstki dla pacjentów podczas hospitalizacji usprawniają przepływ pracy, monitorując ruch. Obiekty mieszkalne objęte opieką również zyskują na możliwościach lokalizacji i wykrywania upadków, poprawiających bezpieczeństwo.
Czujniki MOKOSmart LoRaWAN do Twojej aplikacji
MOKOSmart oferuje szeroką gamę czujników obsługujących LoRaWAN, które idealnie nadają się do wielu zastosowań IoT o niskim poborze mocy i dalekiego zasięgu. Niektóre z czujników MOKOSmart LoRaWAN, które mogą się przydać to m.in:
Czujnik ruchu LoRaWAN PIR: Wykrywa ruch i może być używany do monitorowania obecności, alarmy o intruzach, wyzwalacze automatyzacji, i więcej.
Lokalizator GPS LoRaWAN: Śledzi lokalizację zasobów w czasie rzeczywistym, a także może monitorować temperaturę i ruch. Przydatne do zarządzania flotą, śledzenie aktywów, i zapobieganie kradzieżom.
Czujnik temperatury i wilgotności LoRaWAN: Monitoruje temperaturę i poziom wilgotności otoczenia. Doskonały do logistyki łańcucha chłodniczego, Monitorowanie HVAC, śledzenie jednostki pamięci, i analityki środowiskowej.
Przycisk napadowy LoRaWAN: Przycisk alarmowy, który po naciśnięciu może powiadomić personel o problemach lub aktywować systemy reagowania kryzysowego.
Czujnik parkowania LoRaWAN: Wykrywa obecność pojazdu na miejscu parkingowym. Umożliwia korzystanie z inteligentnych aplikacji i analiz parkingowych.
Inteligentna plakietka LoRaWAN: Śledzi lokalizację personelu w czasie rzeczywistym i może również działać jako przycisk paniki do wysyłania alertów. Świetnie nadaje się do zarządzania personelem, kontrola dostępu, i aplikacje związane z bezpieczeństwem.
Jak rozpocząć pracę z technologią LoRaWAN
Rozmieścić Rozwiązania LoRaWAN od weryfikacji koncepcji po wdrożenia na dużą skalę, główne etapy zazwyczaj obejmują:
- Sprawdź, czy LoRaWAN spełnia wymogi niezawodności, zasięg i żywotność baterii
- Zapoznaj się z opcjami zasięgu w sieciach publicznych, sieci społecznościowe lub wdrożenia prywatne
- Wybierz sprzęt, taki jak moduły LoRa i czujniki LoRaWAN
- Sprawdź dostępność lokalnego dostawcy usług sieciowych lub wdróż własne bramy
- Podłącz sprzęt urządzenia końcowego za pośrednictwem bram do serwera sieciowego LoRaWAN
- Opracuj integrację aplikacji na urządzenia i aplikacji IoT z usługami w chmurze
- Zasięg testów i wydajność czujnika w oczekiwanych warunkach wdrożenia
Dzięki szybkiemu rozwojowi zasięgu LoRaWAN i opcji urządzeń, teraz jest świetny czas na poznanie własnych innowacyjnych zastosowań LoRaWAN.
