A Internet das Coisas (IoT) está impulsionando a demanda por conectividade sem fio em todos os setores. Empresas em setores que vão desde a cadeia de suprimentos até a infraestrutura desejam monitorar ativos remotos sem fio, rastrear remessas, digitalizar equipamentos, e mais. Mas muitas tecnologias sem fio, como WiFi e Bluetooth, por si só, não são suficientes para esses casos de uso de longo alcance.. Digite LoRa – um padrão sem fio emergente que é como Bluetooth com esteróides. Parece adequado para implantações de rede IoT em larga escala com seus recursos de longo alcance e baixo consumo de energia. neste blog, Vou dar uma visão geral do que é LoRa, como funciona, seus principais benefícios, formulários, e dicas para experimentar você mesmo.
A definição da tecnologia LoRa
LoRa significa Long Range Radio e é direcionado principalmente para a Internet das Coisas (IoT) redes M2M. É uma espécie de nova abordagem de modulação sem fio projetada precisamente para conectividade de longo alcance e comunicações de baixo consumo de energia.. Essa tecnologia permitirá que redes públicas ou com vários locatários conectem vários aplicativos em execução na mesma rede.
O protocolo LoRa inclui várias camadas diferentes, incluindo aplicativos e dispositivos para comunicações seguras, criptografia na rede. Cada gateway LoRa individual tem a capacidade de lidar com até milhões de nós. Os sinais podem estender uma distância significativa, o que significa que há menos estrutura necessária, tornando a construção de uma rede mais rápida e muito mais barata de implementar.
Foi inicialmente desenvolvido por Cycleo de Grenoble, França que foi adquirida pela Semtech em 2012. Mais tarde, uma aliança sem fins lucrativos padronizou LoRaWAN – um protocolo de comunicação construído sobre modulação LoRa. LoRaWAN define a arquitetura do sistema enquanto LoRa fornece conectividade física de longo alcance.
Arquitetura de rede LoRa
A arquitetura LoRaWAN consiste em nós finais, entradas, o servidor de rede e o servidor de aplicativos. Em termos da arquitetura autêntica da rede LoRa, os nós normalmente estão em uma topologia de estrela de estrelas com gateways formando uma ponte transparente. Essas mensagens de retransmissão entre o servidor da rede central e os dispositivos finais no back-end. A comunicação com os nós dos pontos finais é geralmente bidirecional, mas também é possível suportar a operação multicast, e isso é útil para recursos como mensagens semelhantes ou outras mensagens de distribuição em massa ou atualizações de software.
- Sensor LoRa: Os pontos finais são os elementos da rede LoRa onde o controle ou sensoriamento é realizado. Eles estão normalmente localizados remotamente.
- Gateway LoRa: O gateway recebe as infra-estruturas dos terminais LoRa e depois as transfere para o sistema de backhaul. Esta parte da rede LoRa pode ser celular, Ethernet, ou qualquer outro link de telecomunicações sem fio ou com fio. Os gateways são conectados ao servidor de rede usando conexões IP típicas. Nesse caminho, os dados usam um protocolo típico, mas podem ser conectados a qualquer rede de telecomunicações, privado ou público. Em vista da semelhança de uma rede LoRa com a de uma rede celular, Os gateways LoRaWAN podem frequentemente ser co-localizados com uma estação base celular. Nesse caminho, eles podem usar capacidade extra na rede de backhaul.
- Servidor de rede LoRa: O servidor de rede LoRa é bem-sucedido na rede e como parte de sua função, atua para remover pacotes duplicados, adapta taxas de dados, e confirmação de horários. A avaliação da forma como ela pode ser implantada e conectada facilita muito a implantação de uma rede LoRa.
- Servidor de aplicação: Então, um computador remoto pode controlar as ações dos endpoints ou coletar dados dos endpoints – a rede LoRa sendo quase translúcida.
Como funciona a tecnologia LoRa
LoRa wireless usa modulação de espectro espalhado, que espalha um sinal de banda estreita por uma largura de banda de canal mais ampla. Sua magia sem fio de longo alcance vem de algumas otimizações inteligentes:
Chirp Spread Spectrum (CSS)
Esta é a técnica de modulação da camada física usada pelo rádio LoRa. CSS funciona pegando um sinal senoidal e alterando sua frequência linearmente ao longo do tempo, criando um sinal de chilrear. Este sinal é então modulado em uma frequência portadora.
Ao emitir o sinal em uma largura de banda mais ampla, LoRa espalha a energia por uma faixa de frequência maior. Isso aumenta a resistência a interferências e ruídos, enquanto melhora a recepção do sinal no gateway.
Taxa de dados adaptável (ADR)
Este é o método LoRa para otimizar as taxas de dados dinamicamente entre os dispositivos de nó final e gateways. Usando ADR, os nós podem mudar para taxas de dados mais rápidas quando a interferência é baixa e mudar para taxas de dados mais robustas quando a interferência aumenta.
Esta otimização garante as melhores taxas de dados sob condições variáveis do canal, maximizando a vida útil da bateria dos nós e a capacidade geral da rede.
Juntos, CSS e ADR dão ao LoRa seu alcance e resiliência impressionantes enquanto usam o mínimo de energia. Os sinais parecem ruído para outros sistemas, melhorando a segurança.
Principais recursos e benefícios da tecnologia LoRa
Vamos dar uma olhada mais profunda em alguns dos principais benefícios da tecnologia de rádio LoRa:
- Conectividade de longo alcance– Habilitando intervalos de 15+ km em ambientes rurais e 5+ km em áreas urbanas. Permite cobertura em escala de cidade, e uma boa penetração dos edifícios é alcançada.
- Baixo consumo de energia– Entre 10 mA e 100 nA em modo de suspensão. Dependendo da aplicação, a vida da bateria é 2 para 15 anos. Reduz drasticamente os custos de manutenção.
- Transmissões seguras– A criptografia AES de 128 bits protege os dados e evita adulterações.
- Geolocalização precisa– Os sinais podem identificar a localização em dezenas de metros sem GPS. Útil para rastreamento de ativos.
- Bandas de espectro global – 868 MHz (863–870 MHz, dividido em várias sub-bandas) na Europa e 915 MHz nos EUA. O período de uso do canal é limitado por regulamentações em muitos países (ciclo de trabalho).
- Comunicação bidirecional– Envie dados e envie a configuração para baixo. Dispositivos de comunicação LoRa permitem controle remoto.
- Alta capacidade– Um único gateway LoRa pode lidar diariamente com milhões de mensagens de milhares de dispositivos.
- Padrão aberto– LoRaWAN é uma especificação aberta supervisionada pela organização sem fins lucrativos LoRa Alliance. Impulsiona a adoção e a interoperabilidade.
Noções básicas da tecnologia LoRa
Existem vários elementos-chave da tecnologia LoRa. Alguns de seus principais recursos incluem os seguintes:
- Até milhões de nós
- Bateria de longa duração; sobra de dez anos
- Longo alcance; 15-20 km.
Existem vários elementos da tecnologia LoRa que fornecem conectividade e funcionalidade geral.
Pilha de protocolo LoRa: A LoRa Alliance também definiu uma pilha de protocolos abertos. A criação desta pilha de código aberto permitiu que o conceito de LoRa aumentasse porque todos os diferentes tipos de empresas envolvidas no desenvolvimento de LoRa, Implantação, e o uso foram capazes de se unir para criar uma solução de baixo custo e fácil de usar para conectividade a todos os tipos de dispositivos IoT conectados.
Projeto de rede LoRa: Além dos elementos de RF do sistema sem fio LoRa, existem outros elementos da arquitetura de rede, incluindo a presença da arquitetura geral do sistema, Servidor, backhaul, e computadores de aplicação. A arquitetura geral é frequentemente mencionada como LoRaWAN.
LoRa PHY / Interface RF: A camada física LoRa ou PHY é a chave para a operação do sistema. Governa os aspectos do sinal de RF que é transmitido entre os nós ou pontos finais, isto é. Gateway LoRa e sensores são onde os sinais são recebidos. A camada física ou interface de rádio governa aspectos do sinal, incluindo o formato de modulação, níveis de potência, frequências, sinalização entre os elementos transmissores e receptores, e outros tópicos relacionados.
Modulação LoRa
LoRa Technology é a modulação sem fio ou física (PHY) camada de silicone, usado para criar o link de comunicação de longo alcance.
A camada física LoRa usa uma forma de modulação do espectro de dispersão. O sistema de modulação LoRa usa pulsos controlados por frequência lineares de banda larga. O nível de aumento ou diminuição da frequência ao longo do tempo é usado para codificar os dados a serem transmitidos, tal como; uma forma de modulação de chirp.
Esse tipo de modulação permite que os sistemas sem fio LoRa desmodulem sinais 20dB abaixo do nível de ruído quando a desmodulação é combinada com a correção de erros de encaminhamento, FEC. Quando comparado com um sistema FSK tradicional; o orçamento do link para um sistema LoRa pode oferecer uma melhoria de mais de 25dB.
Como resultado do ponto em que a transmissão é espalhada de maneira pseudo-aleatória, pode ser difícil para usuários que não são LoRa detectar e parecer ruído. Isso pode apoiar a segurança do sistema.
Uma outra vantagem do sistema é que a modulação de chirp e o sistema, em geral, são tolerantes com compensações de frequência e, como resultado, é possível usar um oscilador de cristal básico com um 20-30 aceitação de ppm em vez de um oscilador que paga temperatura, TCXO. Isso pode proporcionar uma boa economia de custos no circuito eletrônico do nó.
Segurança de rede LoRa
A questão da segurança da rede está se tornando gradualmente importante. Como tal, as redes LoRa exigem altos níveis de segurança para evitar problemas de qualquer sistema.
Para atingir os níveis de segurança necessários para redes LoRa, várias camadas de criptografia foram usadas:
Chave específica do dispositivo (EUI128).
A chave de rede exclusiva (EUI64) garante segurança no nível da rede.
Chave exclusiva do aplicativo (EUI64) certificar segurança de ponta a ponta.
O uso dessas camadas de criptografia garante que a rede LoRa permaneça adequadamente segura.
Aplicações da tecnologia LoRa
A tecnologia sem fio LoRa é preferencialmente colocada para ser usada em uma variedade de aplicações. Os recursos de longo alcance e baixo consumo de energia significam que os endpoints podem ser implantados em uma ampla variedade de locais, edifícios externos e internos e ainda tem a capacidade de se comunicar com o gateway. Como o sistema é fácil de implantar e pode ser usado para um grande número de IoT, Internet Things, e máquina a máquina, formulários, M2M. Aqui estão alguns aplicativos LoRa comuns:
Cidades inteligentes – Medição inteligente, monitoramento ambiental, estacionamento inteligente, iluminação pública, gerenciamento de resíduos e muito mais.
Cadeia de suprimentos/logística – Rastreamento e monitoramento de ativos, monitoramento da cadeia de frio, gestão de frota.
Agricultura – Monitoramento do solo, controle de irrigação, rastreamento de gado.
IoT industrial – Monitoramento de equipamentos, manutenção preditiva, automação.
Monitoramento de infraestrutura – Monitore os trilhos da ferrovia, pontes, túneis para quaisquer mudanças físicas.
Serviços de utilidade pública – Rede inteligente, medição de gás/água, detecção de vazamento, geração distribuída de energia.
Automação predial – HVAC e controle de iluminação, gerenciamento de energia, monitoramento de ocupação de salas.
Cuidados de saúde – Acompanhamento de bens, sensores de dispositivos médicos, monitoramento de pacientes.
Varejo – Gestão de estoque em armazéns, geomarketing via beacons.
LoRa vs LoRaWAN – Qual é a diferença?
LoRa descreve a camada física inferior, as camadas superiores de rede estavam ausentes. LoRaWAN é um dos inúmeros protocolos desenvolvidos para descrever as camadas superiores da rede. LoRaWAN é um controle de acesso à mídia baseado em nuvem (MAC) protocolo de camada, mas atua principalmente como um protocolo de camada de rede para gerenciar a comunicação entre dispositivos de nó final e gateways LPWAN, como um protocolo de direção, mantido pela Aliança LoRa. Versão especificação LoRaWAN 1.0 foi lançado em junho 2015.
LoRaWAN define a arquitetura do sistema e o protocolo de comunicação para a rede, enquanto a camada física LoRa permite o link de comunicação de longo alcance.
Então, em resumo:
LoRa = modulação da camada física
LoRaWAN = protocolo e arquitetura de comunicação
Juntos, eles fornecem a solução completa, incluindo conectividade de longo alcance e arquitetura flexível de comunicação de rede.
O que é a Aliança LoRa?
Como em muitos outros sistemas, um órgão da indústria foi criado para desenvolver e depois promover o sistema sem fio LoRa em toda a indústria, chamado Aliança LoRa. Foi lançado em março 2015. Como afirma a Aliança, foi criado para fornecer um padrão global aberto para segurança, conectividade IoT LPWAN de operadora.
Embora o LoRa tenha sido essencialmente desenvolvido pela Semtech, a abertura do padrão permitiu que ele fosse adotado por um grande número de empresas, aumentando o ecossistema e obtendo um envolvimento significativamente maior, uma variedade mais ampla de produtos e um aumento geral no uso e aceitação.
Os membros fundadores da LoRa Alliance incluem Actility, Cisco, Eolane, IBM, Kerlink, IMST, MultiTech, Sagemcom, Semtech, e tecnologia de microchip, bem como as principais operadoras de telecomunicações: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, Proximus, Swisscom, e FastNet (parte da Telkom África do Sul).
Primeiros passos com a tecnologia LoRa
Basicamente, todos podem operar suas próprias comunicações LoRa. Uma vez que LoRa funciona na faixa de frequência não atribuída, nenhum custo de licença para frequências é necessário. Se você só precisa configurar um LoRaWAN em uma área limitada, a operação de seus próprios gateways e servidores pode fazer sentido. Procurando construir suas próprias soluções LoRa e LoRaWAN? Aqui estão algumas maneiras de como o MOKOSmart pode ajudá-lo a começar com a tecnologia LoRa:
– MOKOSmart oferece uma variedade de Sensores LoRaWAN para rastreamento de ativos, monitoramento ambiental, detecção de estacionamento e muito mais.
– Nossos gateways LoRaWAN possuem gabinetes IP66 e desempenho LoRa e Bluetooth integrado.
– Fornecemos gateways Bluetooth LoRaWAN para conectar dispositivos Bluetooth.
– Certifique-se de testar pequenas implantações de teste para avaliar a cobertura e o desempenho do mundo real.
– Reserve um tempo para projetar a arquitetura completa do sistema de ponta a ponta.
– Junte-se à LoRa Alliance para colaborar e acessar recursos.
– Com nossos sensores, entradas, e módulos LoRa, você pode construir rapidamente redes IoT de longo alcance.
Com dispositivos LoRa IoT fáceis de integrar da MOKOSmart, você pode criar rapidamente conectividade sem fio de longo alcance em seus aplicativos IoT. Peça ajuda para começar a usar a tecnologia LoRa.
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