Если вы работаете с сетевыми устройствами, вы, возможно, слышали о случаях использования LoRaWAN в то или иное время. Это сетевой протокол дальнего действия. Это позволяет объединять вещи в сеть с Интернетом даже на большие расстояния с низким потреблением энергии.. Это решает одну из больших проблем, с которыми приложения в Интернете вещей сталкивались до сих пор.. Срок службы батареи до пяти лет и низкие затраты на обслуживание сенсорной сети., LoRaWAN можно использовать для множества новых приложений.
Это дает вам краткий обзор того, что могут сделать решения LoRaWAN.. В этой статье, мы смотрим на архитектуру, ключевые особенности базовой технологии, и последние варианты использования LoRaWAN, где он используется.
Что такое технология LoRaWAN?
Самое замечательное в этой технологии то, что она основана на открытом стандарте.. Он использует нелицензированный спектр как часть диапазона частот ISM. (“промышленные, Научный, и медицинские”, Немецкий: Промышленность, Наука и медицина). В Европе, LoRaWAN использует 868 Частотный диапазон МГц, в то время как в США 915 Полоса частот МГц освобождена. Используя нелицензионный спектр, это очень легко настроить и использовать свою собственную сеть. Многие операторы связи уже извлекают выгоду из вариантов использования LoRaWAN или предлагают эту технологию как часть своих услуг во многих странах мира.. Comcast, КПН, оранжевый, SK Telecom и многие другие провайдеры активно реализуют масштабные запуски на своих рынках.. Это делает LoRaWAN еще более интересным как технологию, поскольку он совместим с сетями разных операторов. – большой и маленький.
Стандарт LoRaWAN контролируется LoRa Alliance, который в свою очередь состоит из более 500 члены, которые поддерживают протокол и согласовывают многие из их компонентов, товары, и услуги с LoRaWAN. К ним относятся такие компании, как MOKOSMART, РУКА, Cisco, микрочип, и ST.
Что отличает Lora от LoRaWAN?
Начнем с определения LoRa. – что это такое и чем отличается от LoRaWAN? LoRa - это беспроводная технология, аналогичная более распространенным технологиям, таким как Wi-Fi или WLAN., Bluetooth, LTE, и Зигби. тем не мение, технология часто не удовлетворяет всем требованиям, что означает, что пользователи должны идти на компромиссы. LoRa удовлетворяет спрос на недорогие, устройства с батарейным питанием, которые могут передавать данные на большие расстояния. тем не мение, LoRa - неподходящее решение для передачи данных с большой полосой пропускания. LoRa - это технология, преобразующая передаваемые данные в электромагнитные волны.. Этот метод также известен как чирпированный расширенный спектр.， десятилетиями используется в военной и космической связи.. Это связано с большой дальностью связи и малой восприимчивостью к помехам..
LoRaWAN, с другой стороны, это протокол MAC для сети высокопроизводительных узлов LoRa на основе Интернета вещей, которые покрывают большие расстояния и имеют низкое энергопотребление. Он использует преимущества LoRa, описанные выше, и оптимизирует время автономной работы и качество обслуживания для узлов LoRa.. Протокол полностью двунаправленный, что обеспечивает надежную передачу сообщений (подтверждение). Сквозное шифрование предоставляется в целях безопасности и защиты данных., беспроводная регистрация концевых сносок и функций многоадресной рассылки. Стандарт также обеспечивает совместимость с сетями LoRaWAN по всему миру..
Архитектура LoRaWAN
Архитектура LoRaWAN в основном состоит из четырех элементов:
• Конечные узлы
• Шлюз (базовые станции / маршрутизатор)
• Сетевой сервер
• Сервер приложений
Конечные узлы
Конечные узлы - это физические аппаратные устройства, которые оснащены функциями датчиков., определенное количество вычислительной мощности и радиомодуль для преобразования данных в радиосигнал. Эти конечные устройства могут передавать данные на шлюз, а также получать их.. Даже с маленькой батареей, они могут прослужить несколько лет, если их перевести в режим глубокого сна для оптимизации потребления энергии.
Когда устройство отправляет сообщение на шлюз, это известно как “восходящий канал”. Ответ, который терминал получает от шлюза, называется “нисходящий канал”. Основываясь на этом, различают три типа оконечных устройств:
• Класс А
• Класс B
• Класс C
Устройства класса A имеют самое низкое энергопотребление по сравнению с двумя другими классами.. тем не мение, они могут получать нисходящий канал только в том случае, если они отправили восходящий канал. Устройства класса A подходят для передачи данных с временными интервалами. (например. каждый 15 минут) или для устройств, которые отправляют данные на основе событий (например. если температура поднимется выше 21 градусов или падает ниже 19 градусы).
Конечные узлы класса B допускают больше слотов сообщений для нисходящих каналов, чем класс A. Это сокращает время ожидания сообщений, но также снижает энергопотребление..
в заключение, класс C имеет текущее окно приема, которое закрывается только тогда, когда устройство отправляет сообщение восходящей линии связи. Следовательно, это наименее энергоэффективный вариант, который часто требует постоянного источника тока для работы.
Шлюзы
Шлюзы также известны как модемы или точки доступа.. Шлюз также является аппаратным устройством, которое получает все сообщения LoRaWAN от конечных устройств.. Затем эти сообщения преобразуются в массив битов, который можно передавать по обычным IP-сетям.. Шлюз связан с сетевым сервером, который передает все сообщения..
Шлюзы прозрачны и имеют ограниченную вычислительную мощность. Более сложные задачи выполняются на сетевом сервере. В зависимости от использования и типа, шлюзы доступны в двух версиях:
Шлюзы для внутреннего использования, например. MKGW2-LW, MOKOSMART.
Сетевой сервер
Все сообщения от шлюзов пересылаются на сетевой сервер.. Здесь происходят более сложные процессы обработки данных.. Сетевой сервер отвечает за:
1. Маршрутизация / пересылка сообщений в нужное приложение;
2. Выбор лучшего шлюза для сообщений нисходящего канала. Это решение обычно принимается на основании показателя качества ссылки., который, в свою очередь, рассчитывается через RSSI (Индикация уровня принимаемого сигнала) и ОСШ (Соотношение сигнал шум) пакетов, которые были получены ранее;
3. Удаление повторяющихся сообщений при получении несколькими шлюзами;
4. Расшифровка сообщений, отправленных с конечных узлов, и шифрование сообщений, отправленных обратно узлам;
5. Шлюзы обычно подключаются к сетевому серверу по зашифрованному интернет-протоколу. (IP) ссылка. Сеть обычно включает в себя ввод в эксплуатацию шлюза и интерфейс мониторинга, который позволяет сетевому провайдеру управлять шлюзами., исправлять ошибки, отслеживать сигналы тревоги, и т.д. …
Сервер приложений
Сервер приложений - это место, где находится приложение IoT. – это особенно полезно для данных, полученных с помощью конечных устройств.. В большинстве случаев, серверы приложений работают через частное или публичное облако, который подключен к сетевому серверу LoRaWAN и обрабатывает специфичную для приложения обработку. Интерфейс с сервером приложений управляется сетевым сервером..
Функции LoRaWAN
- Двусторонняя связь
Терминал может передавать данные на шлюз, а также получать их в соответствии с настройками. Эти настройки также можно вызвать в приложении..
- Локализация
Интересная функция LoRaWAN — локализация без использования GPS.. Это особенно полезно для систем слежения и датчиков, поскольку оно экономно расходует батареи и может обслуживаться дешевле, чем традиционные методы..
- Масштабируемость
LoRaWAN был разработан для крупных развертываний Интернета вещей, в которых тысячи устройств объединены в сеть с управляемым количеством шлюзов.. Эти шлюзы могут контролировать несколько каналов и обрабатывать несколько сообщений одновременно..
Еще одно важное свойство LoRaWAN - скорость, с которой могут передаваться данные.. Существуют разные скорости передачи данных, которые можно использовать для передачи.. Их также называют коэффициентами распространения. (SF). Более медленная передача обеспечивает более длинный и надежный диапазон.
Например, представьте, что вы разговариваете с кем-то очень близким вам. В этой ситуации вы можете говорить очень быстро, и ваш собеседник понимает все, что вы говорите.. Когда вы говорите с кем-то, кто далеко от вас, тебе нужно говорить намного медленнее, чтобы тебя поняли. Этот принцип также применим к протоколу LoRaWAN..
- Адаптивная скорость передачи данных
С LoRaWAN, сеть также может автоматически оптимизировать скорость, с которой устройство передает свои данные. Эта функция называется адаптивной скоростью передачи данных. (или ADR) и особенно важно для увеличения пропускной способности сети LoRaWAN.. ADR позволяет нам легко масштабировать сеть, добавляя еще один шлюз. Из-за этого шлюза, многие конечные устройства теперь автоматически регулируют свой коэффициент расширения. В следствии, отдельные устройства короче “в эфире”, что означает больше пропускной способности сети.
Адаптивная скорость передачи данных (сокращение: ADR) это простой механизм, который регулирует скорость передачи данных в соответствии со следующими правилами:
Если мощность радиосигнала (также называемый “бюджет ссылки”) в приоритете, скорость передачи данных может быть увеличена;
Если бюджет ссылки низкий, скорость передачи данных может быть уменьшена.
- Безопасность
Для каждой LPWAN важно использовать комплексное решение безопасности.. LoRaWAN использует два уровня безопасности: один для сети и один для приложения. Сетевая безопасность гарантирует подлинность конечного устройства в сети, в то время как уровень приложения гарантирует, что оператор сети не имеет доступа к данным приложений конечных пользователей. Шифрование AES используется для обмена ключами.
Сетевой уровень отвечает за идентификацию узла. Он проверяет, действительно ли сообщение исходит от определенного устройства, а также считается проверкой целостности.. Он также может шифровать команды MAC.
Уровень приложения используется для расшифровки и шифрования полезной нагрузки..
Оба ключа зашифрованы с помощью 128 бит AES в режиме ECB.
Сценарии вариантов использования LoRaWAN
LoRaWAN нашел свое место на рынке с точки зрения приложений и сфер применения. Благодаря уникальным свойствам, LoRaWAN лучше всего подходит для таких сценариев:
1. Доступ к электричеству (электричество) ограничено или ограничено;
2. Эти места физически труднодоступны или очень удалены.;
3. Количество конечных устройств значительно выше по сравнению с обычными мобильными телефонами.;
4. Конечным устройствам не нужно постоянно отправлять сообщения.
Сколько вариантов использования LoRaWAN существует
-
Отслеживание активов
Во многих отраслях необходимо отслеживать местонахождение и состояние ценного оборудования для улучшения планирования и операций.. Датчики LoRaWAN измеряют скорость активов, нагрузка, температура и влажность, должность, данные о вибрации и другие данные, а также объединять данные в реальном времени и исторические данные, чтобы рекомендовать техническое обслуживание до того, как возникнут проблемы.. С доступом к данным о производительности активов, вы можете оптимизировать свой производственный график, а также получать уведомления, когда актив украден или превышает его предполагаемый объем.
-
Мониторинг устройства предотвращения обратного потока
Всем потребителям технической воды требуются устройства предотвращения обратного подпора на входах в систему водоснабжения., которые предотвращают загрязнение, позволяя воде течь в одном направлении, а не в другом. Возможность определять наличие обратного потока с помощью линейного монитора на основе LoRaWAN и немедленно отправлять SMS или оповещение по электронной почте руководителям предприятия имеет важное значение для здоровья и безопасности рабочих и производственных систем..
-
Мониторинг холодовой цепи
LoRaWAN идеально подходит для применения в холодильной цепи в секторах свежих продуктов и здравоохранения.. Использование решения холодовой цепи LoRaWAN, вы можете отслеживать состояние температуры и влажности продукта и сообщать о состоянии температуры и влажности в систему, если состояние продукта ненормальное, предотвращение потери характеристик продукта или даже выхода из строя.
-
Мониторинг температуры и влажности почвы
Для сельского хозяйства и ландшафтного дизайна, Правильный полив – залог улучшения урожая. Почвы в разных регионах требуют разного количества воды., а детектор температуры и влажности LoRaWAN можно использовать для принятия более обоснованных решений на основе измеренных температуры и влажности почвы., увеличение производства и сокращение сброса воды.
-
Обнаружение утечек
Когда ресурсы Земли, например, вода, газ или химикаты, в дефиците, ключом к решению этой дилеммы является максимальное предотвращение утечки ресурсов.. Вода внутри и снаружи промышленных объектов будет контролироваться системой обнаружения утечек воды LoRaWAN и датчиками погружения в воду.. Система предупредит менеджера объекта, чтобы он быстро отреагировал и принял решение, когда произойдет сбой или обнаружена аномалия..
-
Логистика и транспорт
Технология LoRaWAN позволяет организациям цепочки поставок и логистики отслеживать активы, которые необходимо транспортировать на большие расстояния, в режиме реального времени.. Транспортные средства и грузы можно легко контролировать в режиме реального времени на больших географических территориях и в суровых условиях благодаря большому расстоянию технологии и характеристикам низкого энергопотребления., а также геолокация без GPS. Система отслеживания автопарка, подключенная к сети LoRaWAN, может дольше удерживать автопарк в поле., тем самым снижая затраты, повышение безопасности, обеспечение прозрачности вопросов технического обслуживания, и повышение операционной эффективности по всем направлениям.
-
Мониторинг парковки
Доказано, что поиск доступных парковочных мест увеличивает выбросы углерода и увеличивает заторы на дорогах.. Размещая датчики LoRaWAN на парковочных местах, может быть обеспечен точный подсчет транспортных средств и обнаружение на въездах и выездах с парковки. Потоки муниципальных и коммерческих доходов будут увеличены за счет сбора данных о парковке в режиме реального времени, что улучшит общее использование парковочных мест..
-
Борьба с вредителями
Необходимо защитить объекты и людей от заражения, наносить ущерб, и грызуны. тем не мение, ручная проверка занимает много времени и потребляет большое количество материальных ресурсов и рабочей силы. Подключенное решение LoRaWAN для борьбы с вредителями улучшает видимость и позволяет осуществлять мониторинг в режиме реального времени из любого места.. Водонепроницаемый, прочные ловушки обеспечивают безопасный вариант для родентицидов. Простое мобильное приложение и веб-сопряжение, оповещения в режиме реального времени, когда требуется обслуживание, повысить эффективность и снизить затраты на программы борьбы с грызунами на открытом воздухе и в помещении.
-
Мониторинг окружающей среды
Многие прибрежные города подвергаются продолжительным наводнениям во время приливов от умеренных до высоких, как правило, оставляя проезды и близлежащие дороги в непроходимой воде.. Эти проблемы можно решить, контролируя качество воздуха., осадки и другие факторы окружающей среды. Всепогодные солнечные электростанции, установленные на вершинах мостов и фонарных столбов, дистанционно измеряют уровень воды на суше или над водоемами с использованием технологии LoRaWAN и ультразвуковых датчиков.. Эти системы мониторинга окружающей среды в режиме реального времени измеряют внешние погодные уровни и качество воздуха, чтобы прогнозировать наводнения и информировать граждан об опасных условиях..
-
Общественная безопасность
Интегрированные решения в области безопасности и защиты требуются почти во всех отраслях промышленности.. Решения общественной безопасности IoT предоставляют аварийно-спасательным службам инновационные технологии, которые помогают снизить риски и повысить личную безопасность.. Технология LoRaWAN интегрируется в персональные носимые устройства, такие как идентификационные метки, и оснащена кнопкой экстренного вызова для мгновенной отправки сигнала SOS и информации о местонахождении пользователя.. Эти решения, развернуты на предприятиях и в университетских городках, предназначены для адресации 1-секундного интервала атаки и 7-секундного 911 интервал вызова для мобильных решений.
-
Использование пространства
Сотрудники становятся все более мобильными и быстро переходят на “в любой момент, в любом месте” философия работы. В следствии, офисные помещения могут простаивать или перегружены, в зависимости от непредсказуемых потоков сотрудников и посетителей. Максимальное использование пространства стало логистической проблемой для бизнеса.. Данные о занятости, полученные от датчиков LoRaWAN, устраняют догадки и предоставляют командам полезную информацию для улучшения практики на рабочем месте., и повысить производительность сотрудников.
-
Мониторинг конденсатоотводчика
Пар широко используется в различных отраслях промышленности.. Процессы парового нагрева на заводах приводят в действие турбины на электростанциях.. Конденсатоотводчик фильтрует несконденсированные газы и сконденсированный пар, не позволяя пару выйти.. Конденсатоотводчики в среднем выходят из строя 10 в 30 процент в год, приводит к расточительной и дорогостоящей неэффективности. Испытание конденсатоотводчика — трудоемкий процесс, который обычно выполняется вручную один раз в год.. Система мониторинга LoRaWAN Trap позволяет компаниям часто запрашивать количество ловушек для обнаружения неисправностей.. Данные надежно передаются в онлайн-систему управления зданием, предоставление отчетов на приборной панели, показывающих, есть ли ловушки, которые необходимо отремонтировать.
-
Мониторинг резервуаров
Необходима надежная система контроля уровня топлива. Компании по доставке топлива являются ключевыми партнерами в операциях интеллектуальной промышленной цепочки поставок, где истощение топлива может быть пагубным.. Без средств для дистанционного измерения уровня топлива, доставка грузовиками часто неэффективна, увеличение операционных расходов и усложнение обслуживания клиентов. Уровень резервуара и другие ценные данные могут быть отправлены по сети в решение для мониторинга резервуаров, используемое поставщиком.. более того, промышленные операции могут точно прогнозировать расход топлива. В этом случае, крен грузовиков и их углеродный след могут быть уменьшены.
-
Мониторинг температуры
Поддержание правильной температуры для ценных активов важно для здравоохранения, питание, и другие отрасли. Температурные сдвиги могут привести к катастрофическим потерям продукта. Помимо урона ресурсам, эти инциденты также могут стать причиной, репутация, общественный имидж и другие потери для компаний. С маломощными датчиками, Удаленный мониторинг температуры и влажности LoRaWAN предоставляет предприятиям возможность снимать показания и вести журналы для проверки соответствия требованиям.. Меры безопасности и экономичная защита обеспечиваются несколькими пороговыми настройками..
-
Управление водными ресурсами
Коммерческие здания, заводы по производству продуктов питания и напитков, отели, супермаркеты, и автомойки все производят отходы воды из-за разливов, утечки, и повреждение оборудования. Мгновенное уведомление и ответ являются ключом к снижению рисков соответствия при одновременном снижении затрат. Путем развертывания измерительных систем LoRaWAN для замены устаревших трудоемких процессов., решение для управления водными ресурсами, состоящий из датчиков LoRaWAN, предоставляет муниципалитетам подробную информацию об общем водном следе. Решения для интеллектуальных счетчиков воды обеспечивают удаленный доступ к данным об использовании и платежным счетам., повышение операционной эффективности и получение дополнительных доходов от услуг.
-
Мониторинг мусорных баков
Система автоматически определяла и контролировала местоположения, уровни заполнения бункера, и частоты извлечения, позволяя операторам автопарка управлять статусом рабочих заданий в режиме реального времени, и снизить трудозатраты. Решения для мониторинга отходов на основе LoRaWAN сокращают затраты и время на сбор. Автоматические уведомления обеспечивают интеллектуальное планирование маршрута для поставщиков услуг по сбору мусора, когда количество корзин достигает заданного порога, и устраняют ненужный доступ и переполнение корзин для конечных пользователей..
Преимущества применения вариантов использования LoRaWAN
- Сверхнизкое энергопотребление, срок службы батареи может достигать десяти и более лет
- Во многих случаях использования LoRaWAN, данные и/или передача данных непостоянны, поэтому низкая пропускная способность делает его идеальным для практического развертывания IoT.
- Соединения недорогие, легко настроить и быстро развернуть благодаря простой структуре
- Уровень шифрования AES позволяет людям безопасно использовать LoRaWAN, не беспокоясь о рисках сетевой безопасности.
- Альянс открытых технологий, открытый и бесплатный стандарт
- Удаленная связь и диапазон покрытия LoRaWAN — одно из больших отличий между ними и другими технологиями..
- Тысячи конечных точек могут быть подключены к шлюзу LoRa, из-за своей высокой емкости
Какие варианты использования LoRaWAN предоставляет MOKOSmart
MOKOSmart фокусируется на предоставлении Решения LoRaWAN с более чем десятилетним опытом. Наши варианты использования LoRaWAN в основном включают следующие. Конечно, есть еще решения, вы можете связаться с нами для получения дополнительной информации.
- Местоположение Bluetooth
- Решения для отслеживания активов
- Внутренние GPS-решения
- Носимый Интернет вещей для всех отраслей
- Интеллектуальный счетчик Интернета вещей
- Решения холодовой цепи
