В чем разница между LoRa и LoRaWAN?

Мы живем в эпоху радикальных перемен, когда технологии Интернета вещей стремительно развиваются! Поэтому мы постоянно сталкиваемся с такими терминами, как LoRa и LoRaWAN. Большинство людей используют эти два термина как взаимозаменяемые, потому что они кажутся похожими. Однако это не совсем так, поскольку LoRa и LoRaWAN связаны, но не взаимозаменяемы. В этом руководстве мы рассмотрим основные различия между LoRa и LoRaWAN. Мы также рассмотрим несколько реальных примеров их использования и потрясающие преимущества, которые они предоставляют.

LoRa = радио (PHY).

LoRaWAN = сетевые правила/протокол, работающие на основе LoRa.

Выбирайте LoRaWAN для масштабируемых развертываний и совместимости; выбирайте LoRa (пользовательский/P2P), если вы контролируете оба конца и хотите использовать легковесный частный канал связи.

Понимание LoRa и LoRaWAN

Прежде чем понять ключевые различия между LoRa и LoRaWAN, нам придется хорошо разобраться в определениях и рабочей архитектуре LoRa и LoRaWAN.

Что такое LoRa

LoRa (Long Range) — это технология беспроводной связи на большие расстояния, работающая на радиочастотах и ​​обеспечивающая подключение устройств Интернета вещей (IoT). Разработанная компанией Semtech, технология LoRa выступает в качестве физического уровня для передачи небольших данных на большие расстояния. Для преобразования небольших данных с датчиков в этот радиочастотный сигнал можно использовать модем LoRa.

В основе LoRa лежит модуляция сигналов с использованием технологии Chirp Spread Spectrum (CSS) — метода модуляции, делающего сигнал устойчивым к шуму и помехам. Это помогает LoRa эффективно использовать всю полосу пропускания канала при передаче данных от устройств IoT. LoRa работает в нелицензированных диапазонах ISM. LoRa лучше всего подходит для небольших, нечастых сообщений от датчиков, где время работы от батареи и зона покрытия важнее, чем пропускная способность.

Важно отметить, что LoRa можно использовать как часть сети LoRaWAN, так и в пользовательских/проприетарных (точка-точка) реализациях, где вы определяете собственное поведение сети.

Что такое LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) — это сетевой протокол, работающий на радиоканалах LoRa. Он определяет, как устройства подключаются к сети, как защищаются сообщения, как шлюзы перенаправляют трафик на сетевой сервер и как приложения получают данные. LoRaWAN также определяет классы устройств (A/B/C), которые контролируют, когда устройство может принимать нисходящие сигналы — важное ограничение с точки зрения энергопотребления и задержки.

Важно отметить, что протокол LoRaWAN стандартизирован и управляется альянсом LoRa Alliance. Поэтому мы можем создавать экономичные, двунаправленные, энергоэффективные и дальнобойные решения для Интернета вещей, которые можно развертывать в сценариях с использованием крупномасштабных датчиков. Для создания сети LoRaWAN часто требуется меньше шлюзов. Это одна из главных причин, почему LoRaWAN набирает популярность для развертывания в таких приложениях, как «умные города» и т.д.

ЛоРа и ЛоРаВАН network aархитектура

В сетях LoRaWAN используется топология «звезда звезд», где шлюзы выступают в качестве мостов, передающих данные между конечными устройствами и центральным сервером. Конечные устройства взаимодействуют со шлюзами, используя физический уровень LoRa (большой радиус действия, низкое энергопотребление). Затем шлюзы пересылают эти сообщения на сетевой сервер по IP-каналу (Ethernet, сотовая связь, Wi-Fi и т. д.).

• Конечные узлы: Датчики/исполнительные механизмы, передающие восходящие сигналы; нисходящие сигналы зависят от класса устройства и окон приема.
• шлюзы: шлюзы Это мосты, которые принимают радиопакеты LoRa и передают полезную нагрузку и метаданные сетевому серверу по IP-протоколу.
• Сетевые серверыДедупликация, состояние сеанса устройства, решения ADR, планирование/маршрутизация нисходящего канала.
• Серверы приложений: Расшифровывает полезную нагрузку, бизнес-логику, панели мониторинга и интеграции.

Lora vs LoRaWAN: сравнительный анализ

Ниже представлена таблица, обобщающая основные различия между физическим уровнем LoRa и сетевым уровнем LoRaWAN:

LoRa и LoRaWAN – основа LPWAN

В связи с растущей популярностью Интернета вещей (IoT) мы наблюдаем все большее распространение LPWAN. Многие технологические гиганты и компании, работающие в сфере IoT, активно используют LPWAN для различных приложений. Фактически, LoRa и LoRaWAN становятся популярным выбором для крупномасштабных и широкомасштабных развертываний IoT. Интересно отметить, что LoRa и NB-IoT будут доминировать на рынке LPWAN, обеспечивая более 85% подключений по всему миру к 2028 году.

Это растущее сообщество формирует экосистему инноваций, которая побуждает всех переходить на более надёжные решения. Существует множество причин такого быстрого роста, и мы рассмотрим некоторые из них.

• Малая мощность: Батарея, рассчитанная на многолетний срок службы, предназначена для датчиков с низким коэффициентом использования.
• Дальняя связь: В зависимости от условий окружающей среды, характера трафика и особенностей развертывания, один шлюз часто может охватывать большие территории.
• Более низкие затраты: Работает в нелицензированном спектре; устройства и шлюзы могут быть экономичнее многих сотовых сетей.
• Выступление в помещении: Часто хорошо подходит для использования внутри помещений, в зависимости от строительных материалов и планировки.
• Вариант частной сети: Вы можете развернуть собственные шлюзы и сетевой сервер.
• Быстрорастущая экосистема: Проект поддерживается альянсом LoRa Alliance и большим глобальным сообществом участников.
• Компромиссы: Ограниченные размеры полезной нагрузки, ограниченная пропускная способность канала связи, не подходит для потоковой передачи в реальном времени.

Примеры практического применения LoRaWAN и LoRa

Существует множество возможностей для использования решений LoRa и LoRaWAN . Однако ключевые игроки заинтересованы лишь в определенных секторах и изучают наиболее перспективные из них. К ним относятся разработка интеллектуальных парковок, интеллектуальное управление дорожным движением и отходами, дистанционный учет потребления электроэнергии, повышение безопасности домов и зданий, улучшение цепочки поставок и логистики, удобное и продуктивное сельское хозяйство, эффективная добыча полезных ископаемых и автоматизированное производство. Проще говоря, LoRaWAN идеально подходит для многих приложений Интернета вещей, представляющих интерес для частных корпораций и государственных учреждений. В этом разделе мы кратко рассмотрим некоторые из наиболее распространенных вариантов использования.

Использование LoRaWAN для отслеживания транспортных средств в промышленных зонах

Это подсистема интеллектуального управления автопарком и логистики. Транспортной компании, эксплуатирующей тысячи грузовиков, требовалась информация о местоположении внутри крупных промышленных зон, но использование GPS-трекеров на основе SIM-карт привело бы к непомерным постоянным затратам. Компания разработала решение на основе LoRaWAN, которое упрощает отслеживание местоположения транспортных средств. GPS-трекер LW001-BG Pro LoRaWAN обеспечивает дальность связи около 7 км на открытых пространствах. Это значительно снизит затраты на отслеживание и автоматизирует процесс мониторинга.

Анализ потока людей и дорожного движения в умном городе Германии.

До внедрения системы немецкий город имел ограниченные возможности для наблюдения за потоками людей и транспортными потоками, ограничиваясь лишь ручным наблюдением на ключевых перекрестках. LW003 Ultra помогает получать информацию о движении, сканируя сигналы BLE в местах с высокой интенсивностью движения, таких как железнодорожные станции и общественные объекты, а затем передавая собранные данные через шлюз LoRaWAN на платформу. Таким образом, система способна уменьшить «слепые зоны», что позволяет значительно улучшить городское планирование. Эффективность этой системы обусловлена ​​использованием Bluetooth и LoRaWAN.

Парковочный датчик MOKOSmart для контроля присутствия людей в автомобиле

MOKOSmart — хорошо известное имя на рынке IoT-устройств. Наш парковочный датчик LW009-SM обеспечивает точное и прецизионное определение занятости парковочных мест. Датчик разработан с использованием микроволнового радара и геомагнитного обнаружения, а передача и обработка данных осуществляется с помощью протоколов LoRaWAN. Он быстро развертывается и уведомляет операторов о состоянии парковки практически в режиме реального времени с точностью обнаружения более 99%. Это помогает оптимизировать использование парковочного пространства и бороться с потерями дохода из-за ошибок ручного мониторинга.

Мониторинг безопасности детей в горной Монголии

В горном районе Монголии с постоянно плохим сигналом связи каждому ребенку выдается компактная тревожная кнопка LW004-PB LoRaWAN. Ее основное назначение — отслеживать местоположение детей и оповещать родителей в случае чрезвычайной ситуации. Устройство использует GPS для определения местоположения и передает данные через муниципальную низкочастотную сеть. LW004-PB включает в себя кнопку SOS, которая оповещает родителей. Таким образом, родители могут просматривать как данные о местоположении в режиме реального времени, так и историю перемещений на платформе.

Система управления электросамокатами на основе LoRaWAN в Уругвае

Операторы, управляющие сотнями прокатных скутеров в уругвайском технологическом парке, работают над созданием эффективных решений для отслеживания. Они интегрировали в свой парк скутеров трекер LW004-PB LoRaWAN. Его основная цель — обеспечить отслеживание местоположения и уровень заряда батареи, чтобы сократить время простоя и предотвратить потерю скутеров. Операторы могут контролировать свой парк через панель управления с цветовой кодировкой индикаторов заряда батареи и оповещениями о необходимости подзарядки. Таким образом, они могут принимать более взвешенные решения о планировании технического обслуживания и управлении автопарком.

Lora  и LoRaWAN против oдругой LPWAN tтехнологии

LoRa и LoRaWAN — ведущие технологии в области LPWAN для Интернета вещей. Как они соотносятся с другими конкурирующими технологиями LPWAN?

LoRa/LoRaWAN против NB-IoT

Narrow Band IoT (NB-IoT) — это стандарт LPWAN, разработанный 3GPP для сотовой связи в сфере IoT. NB-IoT использует существующую инфраструктуру LTE, но работает в лицензированном спектре, поэтому использование сетей NB-IoT сопряжено с определенными затратами. NB-IoT обеспечивает хорошее проникновение сигнала внутри помещений и низкое энергопотребление. Однако сотовая связь зависит от оператора. Если вам нужно покрытие, управляемое оператором, и вам не требуется частная инфраструктура, NB-IoT может быть лучшим вариантом. Кроме того, если вам необходимо поведение, аналогичное переключению между мобильными устройствами и голосовой связью, LTE-M часто рассматривается как сотовый LPWAN.

LoRa/LoRaWAN против Sigfox

Sigfox — это проприетарная LPWAN-сеть, использующая сверхузкополосную модуляцию, предназначенная для передачи очень маленьких и нечастых сообщений. Она может быть экономически эффективной в больших масштабах, но при этом жертвует гибкостью, поскольку не является открытой экосистемой в том же смысле, что и LoRaWAN. Кроме того, Sigfox поддерживает нисходящий канал, но его пропускная способность сильно ограничена (обычно указывается до 4 нисходящих сообщений в день, по 8 байт каждое).

LoRa/LoRaWAN против Zigbee

Zigbee на самом деле не является LPWAN — это скорее ячеистая сеть ближнего действия, используемая внутри зданий. Поскольку Zigbee работает на частоте 2.4 ГГц, радиус действия меньше по сравнению с технологиями, работающими в диапазоне ниже ГГц, такими как LoRa. Zigbee обеспечивает совместимость, но может иметь сложные требования к настройке сети и синхронизации. Энергопотребление выше, чем у технологии LPWAN. Zigbee лучше подходит для мониторинга и управления внутри зданий с большим количеством расположенных рядом устройств.

Роль LoRa и LoRaWAN в секторе Интернета вещей

Многие известные телекоммуникационные компании используют технологии LoRa и LoRaWAN. Они особенно хорошо подходят для Интернета вещей, поскольку позволяют подключать большое количество устройств с батарейным питанием на больших территориях. Подобные приложения, использующие телеметрию, предполагают передачу небольших данных с низкой или средней частотой, и требуют многолетнего срока службы батарей.

В общих чертах, вот ключевая идея: LoRa — это радиоуровень, обеспечивающий связь на большие расстояния, а LoRaWAN — это сетевой протокол, который добавляет «правила» для крупномасштабных развертываний. Именно поэтому они постоянно появляются в реальных сценариях использования IoT, таких как интеллектуальный учет потребления, интеллектуальные здания, промышленный мониторинг, отслеживание логистики, сельское хозяйство, мониторинг умных городов и многое другое.

Конечно, LoRaWAN подходит не для всего. Если вашему приложению требуется высокая скорость передачи данных, сверхнизкая задержка или частое управление нисходящим каналом, вам, возможно, лучше подойдут другие беспроводные решения. Однако при правильном использовании LoRa и LoRaWAN остаются надежной основой для масштабируемых и не требующих сложного обслуживания развертываний IoT. По мере развития экосистемы мы видим улучшение инструментов для инициализации, управления устройствами и стратегий обновления прошивки, что упрощает эксплуатацию крупных развертываний.

Начало работы с ЛоРа и ЛоРаВАН

MOKOSmart — известное имя в индустрии Интернета вещей, и мы обладаем многолетним опытом проектирования и производства устройств LoRaWAN в больших масштабах. Наша специализированная команда разработчиков сосредоточена на создании надежных, готовых к эксплуатации продуктов — от трекеров и датчиков до шлюзов, — чтобы компании могли перейти от пилотного проекта к развертыванию без лишних задержек.

Если вы планируете запустить проект на основе LoRaWAN, вот несколько моментов, которые следует учесть на раннем этапе (это сэкономит вам массу времени в дальнейшем):

• Ваш сценарий использования и частота формирования отчетов (размер полезной нагрузки + интервал формирования отчетов)
• Среда развертывания
• Целевой показатель мощности (время работы батареи)
• Потребности нисходящего канала (команды? FUOTA?)
• Модель покрытия (общедоступная или частная сеть)

Сообщите нам эти требования, и мы порекомендуем вам тарифный план, включающий устройство и шлюз, а также настроим пилотный проект.

Часто задаваемые вопросы о LoRa и LoRaWAN

LoRa — это то же самое, что и LoRaWAN?

Нет. LoRa — это радио (физический уровень), это способ передачи данных по воздуху. LoRaWAN — это сетевой протокол, работающий на LoRa, который определяет, как устройства подключаются к сети, как защищаются сообщения и как данные маршрутизируются от устройства → шлюза → сервера.

Нужен ли мне шлюз для использования LoRa или LoRaWAN?

Что касается LoRaWAN: в основном да — сети LoRaWAN используют шлюзы и сетевой сервер.

Что касается LoRa (пользовательская/P2P): не всегда. Вы можете создавать каналы связи «точка-точка» без шлюза LoRaWAN, но тогда вам придётся самостоятельно отвечать за «правила сети».

В чём разница между LoRaWAN классов A, B и C?

• Класс А: наименьшее энергопотребление, лучшее время автономной работы, передача данных происходит после передачи данных (наиболее распространенный вариант).
• Класс B: Запланированные окна приема для более предсказуемого времени нисходящего канала связи.
• Класс C: Практически постоянное прослушивание (минимальная задержка, максимальное энергопотребление).

Поддерживает ли LoRaWAN нисходящий и двусторонний обмен данными?

Да, но это не то же самое, что Wi-Fi. Скорость нисходящего канала LoRaWAN ограничена классом устройства и окном приема.

• Класс А (наиболее распространенный): устройство может принимать нисходящий сигнал только после отправки восходящего сигнала.
• Класс B/C: большая пропускная способность нисходящего канала, но обычно и большее энергопотребление.

Какую частоту использует LoRa/LoRaWAN?

LoRaWAN работает в нелицензированных диапазонах ISM, но точный частотный план зависит от вашего региона/страны (поэтому вы не можете выбрать одну универсальную «частоту LoRa» для всех случаев).

ЧИТАЙТЕ БОЛЬШЕ О ЛОРЕ И ЛОРАВАНЕ

• Какая технология лежит в основе частоты LoRa?
• 16 основных вариантов использования LoRaWAN, популярных на рынке Интернета вещей
• Как датчик LoRa отправляет и получает данные