Что такое технология LoRa и как она работает – Подробное руководство

Если вы следили за техническими тенденциями или заинтересованы в Интернете вещей (IoT), Скорее всего, вы слышали модные слова «Lora» или «Lorawan». Это широко обсуждалось в сообщениях в блоге о влиянии, которое он окажет на умные города, сельское хозяйство, Промышленный мониторинг и другие поля, связанные с IoT. Вы, возможно, уже знаете, что это как-то связано с беспроводным общением и долгосрочными сетями. В этом блоге, Я дам обзор того, что такое Лора, как это работает, его ключевые преимущества, Приложения, и советы по началу работы.

Что такое технология LORA

Lora, Шорт на дальний расстояние, это технология беспроводной радиочастотной частоты, которая обеспечивает большие расстояния, Связь с низкой мощностью между устройствами. Это именно то, что предлагает его название, И дальний диапазон означает создание беспроводных соединений, которые путешествуют намного дальше, чем традиционные технологии, такие как Wi -Fi или Bluetooth.

«LORA® - это физический слой или беспроводная модуляция, используемая для создания линии связи длинной связи… LORA® основана на модуляции спектра SHIRP спреда… LORA® - это первая низкая стоимость реализации для коммерческого использования». Технический обзор Lora® и Lorawan ™ от Альянса Лоры

На основании вышеуказанного определения, Понятно, что Лора не протокол связи, а метод модуляции, способ кодирования данных о радиоволнах, чтобы устройства могли эффективно разговаривать друг с другом. В сочетании со стеком протоколов Лоравана, Мы можем построить полномасштабную сеть связи дальнейшей связи для устройств IoT.

Большинство беспроводных технологий следует за этим компромиссом: больше диапазона = больше мощности. Но Лора нарушает этот шаблон. По сравнению с традиционной модуляцией FSK и FSK, Лора основана на спектре спреда чирп (CSS) модуляция, который может значительно увеличить диапазон связи, Таким образом, он может достичь диапазона передачи в несколько километров с чрезвычайно низким энергопотреблением.

История Лоры

Чтобы понять Лору в правильном контексте, необходимо, чтобы мы быстро рассмотрели историю общения Лоры.

Основы того, что современная Лора сегодня была разработана Николасом Сорнином и Оливье продавцом из Франции в 2009, кто позже основал компанию Cycleo с François Sforza в 2010. Первоначально, Они нацелены, вода, и электричество. В 2012, Cycleo был приобретен Semtech.

Это было не в феврале 2015 что Lora Alliance®, некоммерческий альянс, был сформирован для стандартизации и продвижения Лоравана (Однажды называется Лорамаком) - Протокол связи, построенный на вершине модуляции LORA.

В конце 2010 -х годов, Было много развертываний Лора и Лоравана, и это привело к широко распространенной популярности технологии, Особенно в Европе и некоторые известные истории о ранних успехах.

К началу 2020 -х годов, поле Лпвана (Низкие мощные сети) получил значительную сумму глобального процента, До такой степени, что было несколько конкурирующих технологий, таких как NB-IOT и Sigfox, борющийся за доминирование на рынке.

Согласно Альянс ЛоРа 2024 Отчет о конце года, есть более чем 350 миллион конечных узлов и 6.9 Миллион шлюзы с Lora ICS, которые были развернуты по всему миру. Альянс Lora теперь является одним из крупнейших альянсов IoT во всем мире. Мы также начали видеть, как устройства Лоры и Лоравана становятся все более распространенными. Ожидается, что рынок Lora и Lorawan IoT будет расти с $8.0 миллиард в 2024 в $32.7 миллиард 2029.

Как работает Лора

Архитектура сети Lorawan состоит из узлов Lora, LORA GATEWAYS, сетевой сервер и сервер приложений. В архитектуре Лоравана, Узлы обычно находятся в звездной топологии с шлюзами, образующими прозрачный мост. Общение с конечными узлами, как правило, является двунаправленной, что означает, что шлюз может собирать данные с конечных узлов, но это также может отправить команды на конечные узлы.

узлы ЛоРа: Конечные узлы - это элементы сети LORA, где контроль или зондирование осуществляется. Обычно они находятся на батарее и дистанционно расположены. Конечные узлы отправляют данные в каждый шлюз поблизости, и они передают данные в периодическом порядке, а не 24 × 7.

LoRa шлюз: Шлюз получает данные от конечных узлов Lora, а затем направляет их на сетевой сервер. Ворота Лора обычно состоит из радиомодуля Лора, микропроцессор, и среда подключения к Интернету.

Шлюз преобразует данные, полученные из узлов LORA в формат TCP/IP через сеть Backhaul (Ethernet, 3грамм, 4грамм, Вай-фай, и т.п.) и отправляет его на сетевой сервер. Lora Gateway поддерживает многоканальный, Многомодуляционные приемопередатчики, и даже одновременная демодуляция сигналов на том же канале. Они не хранят никаких данных и действуют только в качестве перспективных пакетов на сетевом сервере. Шлюз может подключить много устройств терминала. SX1301 с 8 каналы могут справиться с 1.5 миллион пакетов в день, поддерживая вокруг 62,500 устройства, отправляющие один пакет в час.

Сетевой сервер: Сетевой сервер управляет сетью. Он фильтровал дублируемые пакеты, вызванные несколькими шлюзами, получающими одни и те же данные, выполняет проверки безопасности, управляет движением и маршрутизацией шлюза, контроль адаптивной скорости, и пересылает сообщения на сервер приложений.

Сервер приложений: Сервер приложений обрабатывает данные с сетевого сервера, анализирует данные датчика, поддерживает такие функции, как дисплей статуса и оповещения в реальном времени, и может при желании отправить ответы обратно в конечный узел.

Преимущества и недостатки технологии LORA

Понимание характеристик Лоры является ключевым для определения его возможных приложений. Давайте глубже посмотрим на плюсы Лоры и минусы, чтобы помочь вам рассмотреть, где она лучше всего подходит.

Преимущества Лоры:

• Большой диапазон: Подключает устройства до 15-20 км в сельской местности и 2-5 км в городах. Обеспечивает покрытие в масштабе города, и достигается хорошее проникновение в здания.
• Низкая мощность и длительный срок службы: Предназначен для низкого использования мощности с длительным сроком службы батареи вплоть до 10 лет. Например, MOKOSmart LORAWAN DESTOR LORAWAN LORAWAN может работать до 5 лет.
• Высокая производительность: Один шлюз Lora может обрабатывать миллионы сообщений из тысяч конечных узлов.
• Бюджетный: Низкие начальные инвестиции в инфраструктуру, Бесплатная полоса частот ISM, и недорогие датчики конечных узлов.
• Открытый стандарт: Лораван поддерживается Альянсом Лора. Приводит к быстрому развертыванию и совместимости устройств.

Недостатки Лоры:

• Низкая скорость передачи: Лора имеет относительно узкую полосу пропускания, и ее способность передавать на большие расстояния достигается за счет более низких скоростей передачи данных, сделать его подходящим для сенсорных сетей, а не приложений с высокими данными.
• Ограниченная полезная нагрузка: Лора поддерживает только небольшие пакеты данных, с максимальной емкостью примерно 242 байты на передачу. Это делает его менее подходящим для вариантов использования, которые требуют больших передач данных.

Применение технологии LoRa

Беспроводная технология Lora широко используется в различных приложениях. Возможности дальнего и низкого уровня означают, что конечные узлы могут быть развернуты в самых разных местах, внутри здания или в отдаленных районах, передавать пакеты с важной информацией в шлюз. Вот некоторые распространенные приложения LoRa:

Умные города - Умный измерение, мониторинг окружающей среды, умная парковка, уличное освещение, управление отходами и многое другое.

Цепочка поставок и 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 - Мониторинг железнодорожных путей, мосты, и туннели для любых физических изменений.

Утилиты - Smart Grid, учет газа/воды, обнаружение утечки, распределенная генерация электроэнергии.

Умные дома и здания - HVAC и контроль освещения, управление энергией, контроль занятости помещения.

LoRa против LoRaWAN: В чем 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..

Лора против других беспроводных технологий

Есть несколько различий между Lora и другими технологиями IoT, такими как NB-IOT, Sigfox и LTE-M. Некоторые из важных из них:

Лора работает в нелицензированных полосах ISM вместо использования лицензированного спектра, такого как сотовые сети.

Лора использует уникальный CSS (Чирик Спред Спектрум) Метод модуляции по сравнению со схемами модуляции, которые используют другие протоколы.

У Лоры менее надежные протоколы безопасности, чем другие, такие как NB-IOT.

У Лоры более надежные возможности на большие расстояния, чем другие, такие как Wi-Fi или Bluetooth.

Лора в основном используется для дальнего расстояния, приложения с низким энергопотреблением, такие как мониторинг окружающей среды и умное сельское хозяйство, В то время как другие протоколы, такие как LTE-M, лучше подходят для таких приложений, как телематика транспортных средств и мобильные приложения IoT.

Технология LORA - должна знать концепции

Когда вы впервые начинаете в мире Лоры, может быть немного ошеломляюще понять технологию. Чтобы помочь вам начать, Вот несколько ключевых концепций, с которыми вы должны быть знакомы:

• • Lora (Long Range): Это физический слой или беспроводная модуляция, используемая для создания ссылки на дальние расстояния. Он основан на модуляции спектра спреда чирпа.
  • LoRaWAN (Сеть широкополома LORA): Открытый протокол, построенный на вершине Лоры, который определяет системную архитектуру и протокол связи для устройств с использованием LORA.
  • Лораван класс а, В, C: Разные классы работы устройства в Лораване:
    • Класс А: Самый энергоэффективный класс, в котором устройства в кратчайшие сроки прослушивают сообщения для нисходящей линии связи после отправки передачи восходящей линии связи.
    • Класс б: Позволяет запланированные слоты нисходящей линии связи через синхронизированные временные маяки, предлагая баланс между эффективностью питания и задержкой.
    • Класс С: Непрерывно слушает сообщения по нисходящей линии связи, за исключением случаев передачи, обеспечение самой низкой задержки, но наиболее высокое энергопотребление.
  • LPWAN (Глобальная сеть с низким энергопотреблением): Тип сети беспроводной связи, предназначенная для обеспечения дальнейшей связи с низкой скоростью между такими вещами, как датчики, работающие на батареи.
  • ADR (Адаптивная скорость передачи данных): Функция в Лораване, которая оптимизирует ставки данных, эфирное время, и потребление энергии в сети.
  • ISM (промышленные, Научный, и медицинские): Это радиопословные, которые зарезервированы на международном уровне для использования радиочастотной энергии для промышленности, научный, и медицинские цели.
  • TTN (Сеть вещей): Глобальный, открыть, Краудсорсинговая сеть данных IoT, которая использует Lorawan.
  • Абп (Активация по персонализации): Метод активации устройства Lorawan, где клавиши безопасности прямо в твердом кодировании в устройство.
  • SF (Коэффициент распространения): Параметр в Лоре, который определяет скорость чирпа, который влияет на скорость передачи данных и диапазон связи.

  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 феврале 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 настроить свою собственную систему связи Lora. Поскольку Лора работает в нелицензированной частотной полосе, не требуется затрат на лицензию на частоты. Если вы хотите покрыть лишь ограниченную область с Лораваном, Вполне имеет смысл управлять своими собственными шлюзами и серверами. Хочу построить свой собственный Решения LoRaWAN? Это проще, чем вы думаете! Вы можете начать работу с различными устройствами и решениями Mokosmart Lorawan.

  ПРОЧИТАЙТЕ БОЛЬШЕ О ЛОРЕ

  • В чем разница между LoRa и LoRaWAN
  • Как датчик LoRa отправляет и получает данные
  • Что такое модуль LoRa & Как работает оборудование Интернета вещей