Что такое технология LoRa и как она работает – Подробное руководство

Оглавление
Что такое технология LoRa

Интернет вещей (IoT) стимулирует спрос на беспроводную связь в различных отраслях. Компании в различных отраслях, от цепочки поставок до инфраструктуры, хотят осуществлять беспроводной мониторинг удаленных активов., отслеживать поставки, оцифровать оборудование, и больше. Но многие беспроводные технологии, такие как Wi-Fi и Bluetooth, сами по себе не могут справиться с этими вариантами использования на больших расстояниях.. Познакомьтесь с LoRa — новым беспроводным стандартом, похожим на Bluetooth на стероидах.. Кажется, он хорошо подходит для развертывания крупномасштабных сетей IoT благодаря своим возможностям большой дальности и малому энергопотреблению.. В этом блоге, Дам обзор, что такое LoRa, как это работает, его ключевые преимущества, Приложения, и советы, как попробовать самому.

Определение технологии LoRa

LoRa расшифровывается как Long Range Radio и в основном предназначен для Интернета вещей. (IoT) и сети M2M. Это своего рода новый подход к беспроводной модуляции, разработанный именно для подключения на большие расстояния и связи с низким энергопотреблением.. Эта технология позволит мультитенантным или общедоступным сетям подключать несколько приложений, работающих в одной сети..

введение в технологию lora

Протокол LoRa включает несколько различных уровней, включая уровень приложений и устройств для безопасной связи., шифрование в сети. Каждый отдельный шлюз LoRa может обрабатывать до миллионов узлов.. Сигналы могут распространяться на значительное расстояние, Это означает, что требуется меньше структуры, сделать построение сети быстрее и дешевле в реализации.

Первоначально он был разработан Cycleo of Grenoble., Франция, которая была приобретена Semtech в 2012. Позже, некоммерческий альянс стандартизировал LoRaWAN – протокол связи, построенный на основе модуляции LoRa. LoRaWAN определяет системную архитектуру, а LoRa обеспечивает физическую связь на большом расстоянии..

Сетевая архитектура LoRa

Архитектура LoRaWAN состоит из конечных узлов, шлюзы, сетевой сервер и сервер приложений. С точки зрения аутентичной архитектуры сети LoRa, узлы обычно имеют звездообразную топологию со шлюзами, образующими прозрачный мост. Эти ретрансляторы сообщений между центральным сетевым сервером и конечными устройствами в бэкэнде.. Связь с узлами конечных точек обычно двунаправленная., но также можно поддерживать многоадресную рассылку, и это полезно для таких функций, как подобные или другие сообщения массового распространения или обновления программного обеспечения.

  • Датчик LoRa: Конечные точки - это элементы сети LoRa, где осуществляется контроль или зондирование.. Обычно они расположены удаленно.
  • LoRa шлюз: Шлюз получает инфраструктуры от конечных точек LoRa, а затем передает их в систему обратного рейса.. Эта часть сети LoRa может быть сотовой, Ethernet, или любой другой телекоммуникационный канал беспроводной или проводной связи. Шлюзы подключаются к сетевому серверу с использованием типичных IP-соединений.. В этом случае, данные используют стандартный протокол, но могут быть подключены к любой телекоммуникационной сети, будь то частный или публичный. Ввиду схожести LoRa сети с сотовой, Шлюзы LoRaWAN часто могут быть совмещены с базовой станцией сотовой связи.. В этом случае, они могут использовать дополнительную емкость в транспортной сети.
  • Сетевой сервер LoRa: Сетевой сервер LoRa успешно работает в сети и в рамках своей функции, он действует для удаления повторяющихся пакетов, адаптирует скорость передачи данных, и расписание подтверждения. Оценка того, как его можно развернуть и подключить, позволяет очень легко развернуть сеть LoRa..
  • Сервер приложений: затем, удаленный компьютер может контролировать действия конечных точек или собирать данные с конечных точек — сеть LoRa почти прозрачна.

Как работает технология LoRa

Беспроводная связь LoRa использует модуляцию с расширенным спектром, который распространяет узкополосный сигнал по более широкой полосе пропускания канала. Его беспроводная магия дальнего действия исходит из некоторых умных оптимизаций.:

Чирик Спред Спектрум (CSS)

Это метод модуляции физического уровня, используемый радио LoRa.. CSS работает, беря синусоидальный сигнал и линейно изменяя его частоту с течением времени., создание звукового сигнала. Затем этот сигнал модулируется на несущей частоте.

Путем передачи сигнала в более широкой полосе пропускания, LoRa распределяет энергию по более широкому диапазону частот. Это повышает устойчивость к помехам и шумам., при улучшении приема сигнала на шлюзе.

Адаптивная скорость передачи данных (ADR)

Это метод LoRa для динамической оптимизации скорости передачи данных между оконечными устройствами и шлюзами.. Использование автозаказа, узлы могут переключаться на более высокие скорости передачи данных, когда помехи низкие, и переключаться на более устойчивые скорости передачи данных, когда помехи увеличиваются..

Эта оптимизация обеспечивает наилучшие скорости передачи данных при изменяющихся условиях канала., максимизация как времени автономной работы узлов, так и общей пропускной способности сети.

Вместе CSS и ADR обеспечивают LoRa впечатляющую дальность действия и устойчивость при минимальном потреблении энергии.. Сигналы кажутся шумоподобными для других систем, повышение безопасности.

Ключевые особенности и преимущества технологии LoRa

Давайте подробнее рассмотрим некоторые выдающиеся преимущества радиотехнологии LoRa.:

  • Возможность подключения на большие расстояния– Включение диапазонов 15+ км в сельской местности и 5+ км в городах. Обеспечивает покрытие в масштабе города, и достигается хорошее проникновение в здания.
  • Малая мощность– Между 10 мА и 100 нА в спящем режиме. В зависимости от приложения, срок службы батареи 2 в 15 лет. Значительно снижает затраты на техническое обслуживание.
  • Безопасные передачи– Шифрование AES-128 бит защищает данные и предотвращает несанкционированный доступ.
  • Точная геолокация– Сигналы могут определять местоположение с точностью до десятков метров без GPS. Полезно для отслеживания активов.
  • Диапазоны глобального спектра – 868 МГц (863–870 МГц, разделен на несколько поддиапазонов) в Европе и 915 МГц в США. Срок использования канала ограничен правилами во многих странах. (рабочий цикл).
  • Двусторонняя связь– Отправка данных вверх и отправка конфигурации вниз. Устройства связи LoRa с дистанционным управлением.
  • Высокая производительность– Один шлюз LoRa может ежедневно обрабатывать миллионы сообщений с тысяч устройств..
  • Открытый стандарт– LoRaWAN — это открытая спецификация, контролируемая некоммерческой организацией LoRa Alliance.. Стимулирует внедрение и совместимость.

Основы технологии LoRa

Есть несколько ключевых элементов технологии LoRa. Некоторые из его ключевых функций включают следующие:

  • До миллионов узлов
  • Длительное время автономной работы; в запасе на десять лет
  • Большой диапазон; 15-20 км.

Существуют различные элементы технологии LoRa, которые обеспечивают общую связь и функциональность..

Стек протоколов LoRa: LoRa Alliance также определил стек открытых протоколов. Создание этого стека с открытым исходным кодом позволило поднять концепцию LoRa, потому что все различные типы компаний, участвующих в разработке LoRa., развертывание, и использование смогли объединиться, чтобы создать недорогое и простое в использовании решение для подключения ко всем типам подключенных устройств IoT..

Дизайн сети LoRa: Помимо радиочастотных элементов беспроводной системы LoRa, есть некоторые другие элементы сетевой архитектуры, включая наличие общей архитектуры системы, Сервер, транспортное сообщение, и прикладные компьютеры. Общая архитектура часто упоминается как LoRaWAN..

LoRa PHY / RF интерфейс: Физический уровень LoRa или PHY является ключом к работе системы.. Он управляет аспектами радиочастотного сигнала, который передается между узлами или конечными точками., т.е.. Шлюз LoRa и датчики - это то место, где принимаются сигналы. Физический уровень или радиоинтерфейс управляет аспектами сигнала, включая формат модуляции., уровни мощности, частоты, сигнализация между передающим и принимающим элементами, и другие связанные темы.

LoRa модуляция

LoRa Technology - это беспроводная модуляция или физическая (PHY) силиконовый слой, используется для создания канала дальней связи.

Физический уровень LoRa использует форму модуляции с расширенным спектром. Система модуляции LoRa использует широкополосные линейные импульсы с частотным регулированием.. Уровень увеличения или уменьшения частоты с течением времени используется для кодирования передаваемых данных., Такие как; форма модуляции щебета.

Этот тип модуляции позволяет беспроводным системам LoRa демодулировать сигналы, которые на 20 дБ ниже минимального уровня шума, когда демодуляция сочетается с исправлением ошибок пересылки., FEC. По сравнению с традиционной системой FSK; бюджет канала для системы LoRa может обеспечить улучшение более чем на 25 дБ.

В результате того, что передача распространяется псевдослучайным образом, пользователям, не поддерживающим LoRa, может быть трудно обнаружить, и это может выглядеть как шум. Это может поддерживать безопасность системы.

Еще одно преимущество системы состоит в том, что модуляция ЛЧМ и система, В основном, терпимы к смещениям частоты и, как следствие,, можно использовать базовый кварцевый генератор с 20-30 принятие ppm, а не генератор с оплатой температуры, TCXO. Это может обеспечить значительную экономию затрат на электронные схемы узла..

Безопасность сети LoRa

Проблема сетевой безопасности постепенно становится актуальной. Таким образом, сети LoRa требуют высокого уровня безопасности для предотвращения проблем с любыми системами..

Для достижения необходимого уровня безопасности для сетей LoRa, было использовано несколько уровней шифрования:

Ключ для конкретного устройства (EUI128).

Уникальный сетевой ключ (EUI64) гарантирует безопасность на сетевом уровне.

Уникальный ключ приложения (EUI64) сертифицировать сквозную безопасность.

Использование этих уровней шифрования гарантирует, что сеть LoRa остается достаточно безопасной..

Применение технологии LoRa

Беспроводная технология LoRa предпочтительно предназначена для использования в различных приложениях.. Возможности большой дальности действия и низкого энергопотребления означают, что конечные точки могут быть развернуты в самых разных местах., снаружи и внутри зданий и по-прежнему иметь возможность общаться со шлюзом. Поскольку система проста в развертывании и может использоваться для большого количества IoT, Интернет Вещи, и машина к машине, Приложения, M2M. Вот некоторые распространенные приложения LoRa:

Применение технологии LoRa

Умные города – Интеллектуальный учет, мониторинг окружающей среды, умная парковка, уличное освещение, управление отходами и многое другое.

Цепочка поставок/логистика – Отслеживание и мониторинг активов, мониторинг холодовой цепи, управление автопарком.

сельское хозяйство – Мониторинг почвы, контроль орошения, отслеживание скота.

Промышленный Интернет вещей – Мониторинг оборудования, профилактическое обслуживание, автоматизация.

Мониторинг инфраструктуры – Следить за железнодорожными путями, мосты, туннели для любых физических изменений.

Утилиты – Умная сеть электроснабжения, учет газа/воды, обнаружение утечки, распределенная генерация электроэнергии.

Автоматизация зданий – Управление климатом и освещением, управление энергией, контроль занятости помещения.

Здравоохранение – Отслеживание активов, датчики медицинского оборудования, мониторинг пациента.

Розничная торговля – Управление запасами на складах, геомаркетинг через маяки.

LoRa против LoRaWAN – Какая разница?

LoRa описывает нижний физический уровень, верхние сетевые слои отсутствовали. LoRaWAN - один из многочисленных протоколов, которые были разработаны для описания верхних уровней сети.. LoRaWAN - это облачный контроль доступа к медиа (MAC) протокол уровня, но действует в основном как протокол сетевого уровня для управления связью между оконечными устройствами и шлюзами LPWAN, в качестве протокола управления, поддерживается LoRa Alliance. Версия спецификации LoRaWAN 1.0 был выпущен в июне 2015.

LoRaWAN определяет архитектуру системы и протокол связи для сети, в то время как физический уровень LoRa позволяет канал связи на большие расстояния.

Итак, вкратце:

LoRa = модуляция физического уровня

LoRaWAN = протокол связи и архитектура

Вместе они обеспечивают комплексное решение, включающее как возможность подключения на большие расстояния, так и гибкую архитектуру сетевых коммуникаций..

разница между LoRa и LoRaWAN

Что такое LoRa Альянс?

Как и во многих других системах, была создана отраслевая организация для разработки, а затем продвижения беспроводной системы LoRa в отрасли под названием Альянс ЛоРа. Он был запущен в марте 2015. Как утверждает Альянс, он был создан, чтобы обеспечить открытый глобальный стандарт для безопасного, IoT LPWAN операторского уровня.

Хотя LoRa в основном была разработана Semtech, Открытие стандарта позволило ему быть принятым большим количеством компаний., тем самым расширяя экосистему и получая значительно большее участие, более широкий ассортимент продуктов и общее увеличение использования и признания.

В состав учредителей LoRa Alliance входят Actility, Cisco, Eolane, IBM, Kerlink, IMST, MultiTech, Sagemcom, Semtech, и технология микрочипов, а также ведущие операторы связи: Bouygues Telecom, КПН, SingTel, Проксимус, Swisscom, и FastNet (часть Telkom South Africa).

Начало работы с технологией LoRa

В принципе, каждый может управлять своей собственной связью LoRa. Поскольку LoRa работает в неназначенном частотном диапазоне, не требуется затрат на лицензию на частоты. Если вам нужно настроить LoRaWAN только в ограниченной области, работа ваших собственных шлюзов и серверов может иметь смысл. Хотите создать собственные решения LoRa и LoRaWAN? Вот несколько примеров того, как MOKOSmart может помочь вам начать работу с технологией LoRa.:

– MOKOSmart предлагает широкий выбор вам нужно выяснить свой бюджет и офисные площади, чтобы понять, какие решения IoT вы можете себе позволить для отслеживания активов, мониторинг окружающей среды, обнаружение парковки и многое другое.

– Наши шлюзы LoRaWAN имеют корпус IP66 и встроенные функции LoRa и Bluetooth..

– Мы предоставляем шлюзы Bluetooth LoRaWAN для подключения устройств Bluetooth..

– Не забудьте провести пилотное развертывание с небольшими тестовыми развертываниями, чтобы оценить реальное покрытие и производительность..

– Уделите время разработке полной сквозной системной архитектуры..

– Присоединяйтесь к LoRa Alliance, чтобы сотрудничать и получать доступ к ресурсам.

– С нашими датчиками, шлюзы, и LoRa модули, вы можете быстро построить дальние сети IoT.

С помощью легко интегрируемых устройств LoRa IoT от MOKOSmart, вы можете быстро внедрить беспроводную связь дальнего действия в свои IoT-приложения. Обратитесь за помощью, чтобы начать работу с технологией LoRa.

ПРОЧИТАЙТЕ БОЛЬШЕ О ЛОРЕ

Написано --
Фиона Куан
Фиона Куан
Фиона, технический писатель и редактор МОКОСМАРТ, ранее потраченный 10 лет работы инженером по продукту в IoT-компании. С момента прихода в нашу компанию, она тесно сотрудничала с продажами, менеджеры по продукту и инженеры, получение понимания потребностей клиентов. Сочетание глубокого отраслевого опыта и понимания того, чего клиенты хотят больше всего, Фиона пишет интересный контент, посвященный основам Интернета вещей., углубленные технические материалы и анализ рынка - общение с аудиторией по всему спектру IoT.
Фиона Куан
Фиона Куан
Фиона, технический писатель и редактор МОКОСМАРТ, ранее потраченный 10 лет работы инженером по продукту в IoT-компании. С момента прихода в нашу компанию, она тесно сотрудничала с продажами, менеджеры по продукту и инженеры, получение понимания потребностей клиентов. Сочетание глубокого отраслевого опыта и понимания того, чего клиенты хотят больше всего, Фиона пишет интересный контент, посвященный основам Интернета вещей., углубленные технические материалы и анализ рынка - общение с аудиторией по всему спектру IoT.
Поделиться этой записью
Расширьте возможности своих подключенных Необходимость с МОКОСмарт Решения для устройств loT!