LoRa é um padrão de rádio aberto de uma rede de área ampla de baixa potência (LPWAN) para apenas pequenas quantidades de dados. Portanto, é adequado para um longo alcance.
Quanto a LoRaWAN, é o nome de uma rede de rádio baseada em LoRa. LoRa e usa bandas de frequência das bandas ISM sem licença. Isso significa que um LoRaWAN pode ser uma alternativa ou suplemento à rede móvel tradicional com uma operadora de rede central. O que mais, uma LoRaWAN também é conhecida como rede 0G para diferenciá-la das comunicações móveis tradicionais.
Visto que LoRa é um padrão de rádio aberto, qualquer um pode configurar um LoRaWAN como uma rede IoT ou M2M com comunicação bidirecional ou usar uma solução baseada na comunidade.
Nota: LoRaWAN americano é diferente do LoRaWAN europeu. Isso tem um impacto na taxa de transmissão e, portanto, também no consumo de energia.
Características
• Conexão: Orientado para uplink, bidirecional, modo de reconhecimento possível
• Modulação: Chirp Spread Spectrum e FSK
• Arquitetura de rede: Os dispositivos finais se comunicam com os gateways, que transmitem os pacotes de dados para um servidor. O servidor tem interfaces para conexão com plataformas e aplicativos IoT.
• Faixas de frequência: 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).
• Alcance: Dependendo da topografia, até 2 km em áreas urbanas e até 15 km em áreas rurais. Boa penetração de edifícios é alcançada.
• 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.
• Largura de banda do canal de rádio: 125 kHz
• Sensibilidade: -137 dBm
• Potência de transmissão: +20 dBm ou no máximo 25 mW
• Pacotes de dados: EU: max. 51 bytes / EUA: max. 11 bytes de dados do usuário por pacote
• Taxa de transferência: Entre 250 mordeu / areia 50 kbit / s
Tecnologia de Transmissão
Para alcançar alta eficiência na transferência de dados e consumo de energia, LoRaWAN usa um spread de frequência. Permite que a interferência seja amplamente evitada e a interferência de banda estreita seja evitada.
O método de transmissão é chamado “Chirp Spread Spectrum”. E a transmissão do sinal ocorre como uma espécie de chilrear. Então, o pulso chilreado é espalhado por uma ampla faixa de frequência. A largura de banda pode ser opcionalmente usada para uma alta taxa de dados ou uma transmissão robusta. O fator de propagação e a largura de banda determinam quão alta a taxa de dados pode ser e quão alta é a probabilidade de recepção.
Os sinais que são modulados com diferentes fatores de propagação e transmitidos no mesmo canal de frequência não interferem uns com os outros. A ortogonalidade dos fatores de espalhamento permite a transmissão simultânea de vários dispositivos finais no mesmo canal.
Os sinais LoRa são muito robustos contra interferências dentro e fora da banda. A sua insensibilidade à recepção ou desvanecimento multipercurso garante um longo alcance em áreas urbanas.
Arquitetura de rede LoRaWAN
A arquitetura de rede LoRaWAN consiste em muitos dispositivos finais na forma de sensores e atuadores, vários gateways e um servidor de rede central. O dispositivo terminal se comunica com o gateway. O gateway se conecta ao servidor de rede. Em seguida, o servidor de rede se comunica por meio de vários protocolos (por exemplo. DESCANSAR, MQTT, etc.) com um aplicativo que é operado, por exemplo, como um aplicativo na nuvem.
Em um LoRaWAN, gateways são os receptores dos sinais de rádio em 868 MHz. Aqui, os chips LoRa recebem os sinais de chirp. Quanto aos gateways, por outro lado, conecte-se a internet.
Os gateways de um LoRaWAN formam idealmente uma rede de malha estreita e podem ser distribuídos em todo o mundo.
Uma mensagem pode ser recebida por um ou mais gateways. Os gateways os encaminham para o servidor de rede sem intervenção adicional.
Em um LoRaWAN, os servidores de rede são responsáveis por identificar o remetente e encaminhar o pacote para um servidor de aplicação.
O servidor de rede garante, entre outras coisas, que uma mensagem chega apenas uma vez no servidor de aplicativos, independentemente de quantos gateways o receberam.
Rede privada ou comunitária
Basicamente, todos podem operar seu próprio LoRaWAN. 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.
Contudo, se você depende de uma rede de rádio de longa distância, você também pode contatar MOKOSmart, nós apenas operamos nosso próprio portal, que fala com os servidores pela Internet. Com relação à segurança, você só precisa confiar no servidor de rede para entregar os pacotes de dados recebidos e no servidor de aplicativos, que pode descriptografar o conteúdo.
Alcance
LoRa tem uma alta sensibilidade de -137 dBm, o que aumenta a disponibilidade da rede. Os sinais penetram nas paredes do edifício sem problemas e também podem chegar a caves ou outros locais fechados profundos.
A distância entre o transmissor e o receptor é de aproximadamente 3 km (cidade), Aproximadamente. 6 km (subúrbios) e até 13 km (áreas rurais) dependendo dos arredores e áreas construídas.
A distância entre o transmissor LoRa e o receptor depende do fator de espalhamento, a largura de banda, a potência de transmissão selecionada do LoRa Chip e a antena usada.
Taxa de transferência
Para maximizar a vida útil da bateria e controlar a capacidade geral da rede (limitado por requisitos regulatórios), LoRa controla a taxa de dados e a saída de RF individualmente usando a taxa de dados adaptativa (ADR) para cada dispositivo final.
A comunicação entre o terminal e o gateway ocorre em canais de frequência diferentes com taxas de dados diferentes. A gama de dados é 0. 3 para 50 kbit / s. O tamanho físico do pacote é 64 bytes. 13 bytes são necessários para o cabeçalho. Isso deixa 51 bytes para os dados do usuário.
Nota: nos Estados Unidos, o tempo do canal é limitado a 400 milissegundos. Isso significa que apenas um máximo de 11 bytes de dados do usuário podem ser transmitidos por pacote.
O SF12 (fator de espalhamento) às 125 kHz (largura de banda) só consegue 250 mordeu / s (taxa de dados). É muito provável que o receptor perceba o pulso do chirp porque é comparativamente fácil para ele distinguir os sinais do ruído.
A combinação mais rápida especificada é SF7 em 250 largura de banda kHz. Isto leva a 11,000 bps.
Consumo de energia
O processo de modulação LoRa permite a potência de transmissão ideal com o menor consumo de energia possível pelo transmissor. O baixo consumo de energia permite vida útil da bateria de até 15 anos.
Isso simplifica o manuseio e é barato porque nenhuma fonte de alimentação separada é necessária.
Classes de Dispositivos
LoRa diferencia entre diferentes classes de dispositivos, em que apenas a classe A é interessante para aplicativos na Internet das Coisas. E o dispositivo final está em um estado de economia de bateria e apenas transmite brevemente quando o estado muda. Algo só pode ser enviado para o terminal durante esse período.
Junto com o módulo de rádio, esses dispositivos finais são muito baratos devido à sua simplicidade e também são adequados para cobrir uma alta demanda.
Se os dispositivos também podem ser endereçados fora deste período, classe de dispositivo B ou C deve realmente ser selecionado, o que aumenta muito o consumo de energia e, dependendo da rede, não é suportado de todo.
Formulários
LoRa é feito principalmente para aplicações de sensores estáticos. As aplicações típicas incluem gravação, consultar e trocar informações de status. Com sensores localizados em qualquer local, a informação pode ser determinada ou obtida, que pode ser facilmente integrado a um aplicativo.
1. Lar inteligente
2. Cidade inteligente
3. Fábrica Inteligente
4. Agricultura Inteligente
5. Transporte Inteligente
