LoRa – มาตรฐานวิทยุแบบเปิดของ LPWAN

LoRa – มาตรฐานวิทยุแบบเปิดของ LPWAN
LoRa - มาตรฐานวิทยุแบบเปิดของ LPWAN

LoRa เป็นมาตรฐานวิทยุแบบเปิดของเครือข่ายบริเวณกว้างที่ใช้พลังงานต่ำ (ลพวรรณ) สำหรับข้อมูลเพียงเล็กน้อย. จึงเหมาะกับการใช้งานระยะไกล.

ส่วน LoRaWAN, เป็นชื่อเครือข่ายวิทยุที่มีพื้นฐานมาจาก LoRa. LoRa และใช้คลื่นความถี่จากคลื่นความถี่ ISM ที่ไม่มีใบอนุญาต. ซึ่งหมายความว่า LoRaWAN สามารถเป็นทางเลือกหรือเสริมให้กับเครือข่ายมือถือแบบเดิมที่มีผู้ให้บริการเครือข่ายส่วนกลาง. มีอะไรอีก, LoRaWAN ยังถูกเรียกว่าเครือข่าย 0G เพื่อแยกความแตกต่างจากการสื่อสารเคลื่อนที่แบบดั้งเดิม.

เนื่องจาก LoRa เป็นมาตรฐานวิทยุแบบเปิด, ทุกคนสามารถตั้งค่า LoRaWAN เป็นเครือข่าย IoT หรือ M2M ด้วยการสื่อสารแบบสองทิศทางหรือใช้โซลูชันชุมชน.

บันทึก: American LoRaWAN แตกต่างจาก LoRaWAN ของยุโรป. สิ่งนี้มีผลกระทบต่ออัตราการส่งสัญญาณและส่งผลต่อการใช้พลังงานด้วย.

ลักษณะเฉพาะ

• การเชื่อมต่อ: อัปลิงค์เชิง, แบบสองทิศทาง, โหมดตอบรับเป็นไปได้

• การมอดูเลต: Chirp Spread Spectrum และ FSK

• สถาปัตยกรรมเครือข่าย: อุปกรณ์ปลายทางสื่อสารกับเกตเวย์, ซึ่งส่งแพ็กเก็ตข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์. เซิร์ฟเวอร์มีอินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่อกับแพลตฟอร์ม IoT และแอปพลิเคชัน.

• ช่วงความถี่: 868 MHz (863–870 MHz, แบ่งออกเป็นหลายวงย่อย) ในยุโรปและ 915 MHz ในสหรัฐอเมริกา. ระยะเวลาการใช้งานช่องถูกจำกัดโดยข้อบังคับในหลายประเทศ (รอบการทำงาน).

• พิสัย: ขึ้นอยู่กับภูมิประเทศ, จนถึง 2 กม. ในเขตเมืองและไม่เกิน 15 กม.ในพื้นที่ชนบท. ทะลุทะลวงอาคารได้ดี.

• การใช้พลังงาน: ระหว่าง 10 mA และ 100 nA ในโหมดสลีป. ขึ้นอยู่กับแอพพลิเคชั่น, อายุการใช้งานแบตเตอรี่คือ 2 ถึง 15 ปี.

• แบนด์วิดธ์ของช่องวิทยุ: 125 kHz

• ความไว: -137 dBm

• กำลังส่ง: +20 dBm หรือสูงสุด 25 มิลลิวัตต์

• แพ็กเก็ตข้อมูล: ฉัน: max. 51 ไบต์ / สหรัฐอเมริกา: max. 11 ไบต์ของข้อมูลผู้ใช้ต่อแพ็กเก็ต

• อัตราค่าโอน: ระหว่าง 250 นิดหน่อย / ทราย 50 kbit / NS

เทคโนโลยีส่งกำลัง

เทคโนโลยีการส่งสัญญาณ LoRa

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงในการถ่ายโอนข้อมูลและการใช้พลังงาน, LoRaWAN ใช้การแพร่กระจายความถี่. ช่วยให้หลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนได้มากและหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนแบบวงแคบ.

วิธีการส่งเรียกว่า “Chirp Spread Spectrum”. และการส่งสัญญาณจะเกิดขึ้นเหมือนการร้องเจี๊ยก ๆ. แล้ว, ชีพจรที่ร้องเจี๊ยก ๆ จะแผ่กระจายไปทั่วช่วงความถี่กว้าง. สามารถเลือกแบนด์วิดท์สำหรับอัตราการส่งข้อมูลสูงหรือการรับส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ. ปัจจัยการแพร่กระจายและแบนด์วิดท์กำหนดว่าอัตราข้อมูลสามารถสูงเพียงใดและความน่าจะเป็นในการรับสัญญาณสูงเพียงใด.

สัญญาณที่ถูกมอดูเลตด้วยปัจจัยการแพร่กระจายที่แตกต่างกันและส่งสัญญาณผ่านช่องความถี่เดียวกันจะไม่รบกวนซึ่งกันและกัน. มุมฉากของปัจจัยการแพร่กระจายช่วยให้สามารถส่งสัญญาณอุปกรณ์ปลายทางหลายตัวพร้อมกันในช่องเดียวกันได้.

สัญญาณ LoRa นั้นแข็งแกร่งมากต่อการรบกวนในแถบความถี่และนอกแถบความถี่. ความไวต่อการรับสัญญาณแบบหลายทางหรือการซีดจางช่วยให้มั่นใจได้ในระยะยาวในเขตเมือง.

สถาปัตยกรรมเครือข่าย LoRaWAN

สถาปัตยกรรมเครือข่าย LoRaWAN ประกอบด้วยอุปกรณ์ปลายทางจำนวนมากในรูปแบบของเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์, เกตเวย์หลายตัวและเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายกลาง. อุปกรณ์ปลายทางสื่อสารกับเกตเวย์. เกตเวย์เชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์เครือข่าย. จากนั้นเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายจะสื่อสารผ่านโปรโตคอลต่างๆ (เช่น. พักผ่อน, MQTT, เป็นต้น) ด้วยแอพพลิเคชั่นที่ดำเนินการ, ตัวอย่างเช่น, เป็นแอปพลิเคชันในระบบคลาวด์.

ใน LoRaWAN, เกตเวย์เป็นเครื่องรับสัญญาณวิทยุที่ 868 MHz. ที่นี่ชิป LoRa รับสัญญาณเจี๊ยบ. สำหรับเกตเวย์, ในทางกลับกัน, เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต.

เกตเวย์ของ LoRaWAN จะสร้างเครือข่ายที่แน่นแฟ้นและสามารถกระจายได้ทั่วโลก.

สามารถรับข้อความได้จากเกตเวย์อย่างน้อยหนึ่งเกตเวย์. เกตเวย์ส่งต่อสิ่งเหล่านี้ไปยังเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายโดยไม่มีการแทรกแซงเพิ่มเติม.

ใน LoRaWAN, เซิร์ฟเวอร์เครือข่ายมีหน้าที่ระบุผู้ส่งและส่งต่อแพ็คเกจไปยังแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์.

เซิร์ฟเวอร์เครือข่ายทำให้มั่นใจ, เหนือสิ่งอื่นใด, ว่าข้อความมาถึงเพียงครั้งเดียวที่เซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชัน, ไม่ว่าจะรับกี่เกตเวย์ก็ตาม.

เครือข่ายส่วนตัวหรือชุมชน

โดยทั่วไป ทุกคนสามารถใช้งาน LoRaWAN . ของตนเองได้. เนื่องจาก LoRa ทำงานในช่วงความถี่ที่ไม่ได้กำหนดไว้, ไม่จำเป็นต้องเสียค่าใช้จ่ายใบอนุญาตสำหรับความถี่.

หากคุณต้องตั้งค่า LoRaWAN ในพื้นที่จำกัด, การทำงานของเกตเวย์และเซิร์ฟเวอร์ของคุณเองนั้นสมเหตุสมผล.

อย่างไรก็ตาม, หากคุณต้องพึ่งพาเครือข่ายวิทยุบริเวณกว้าง, คุณยังสามารถติดต่อ MOKOSmart, เราดำเนินการเกตเวย์ของเราเองเท่านั้น, ซึ่งพูดกับเซิร์ฟเวอร์ผ่านทางอินเทอร์เน็ต. ว่าด้วยเรื่องความปลอดภัย, คุณต้องเชื่อถือเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายเพื่อส่งแพ็กเก็ตข้อมูลที่ได้รับและแอปพลิเคชันเซิร์ฟเวอร์, ซึ่งสามารถถอดรหัสเนื้อหาได้.

พิสัย

LoRa มีความไวสูงของ -137 dBm, ซึ่งเพิ่มความพร้อมใช้งานของเครือข่าย. สัญญาณเจาะผนังอาคารโดยไม่มีปัญหาใด ๆ และยังสามารถเข้าถึงห้องใต้ดินหรือที่อื่น ๆ ที่เรียกว่าภายในอาคารลึกได้.

ระยะห่างระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับประมาณ 3 กม. (เมือง), ประมาณ. 6 กม. (ชานเมือง) และถึง 13 กม. (พื้นที่ชนบท) ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและพื้นที่ที่สร้างขึ้น.

ระยะห่างระหว่างตัวส่ง LoRa และเครื่องรับขึ้นอยู่กับปัจจัยการแพร่กระจาย, แบนด์วิดธ์, กำลังส่งที่เลือกของชิป LoRa และเสาอากาศที่ใช้.

อัตราการถ่ายโอน

เพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ให้สูงสุดและควบคุมความจุของเครือข่ายโดยรวม (จำกัดโดยข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ), LoRa ควบคุมอัตราข้อมูลและเอาต์พุต RF ทีละรายการโดยใช้อัตราข้อมูลที่ปรับเปลี่ยนได้ (ADR) สำหรับอุปกรณ์ปลายทางแต่ละเครื่อง.

การสื่อสารระหว่างเทอร์มินัลและเกตเวย์เกิดขึ้นบนช่องสัญญาณความถี่ต่างๆ ที่มีอัตราข้อมูลต่างกัน. ช่วงของข้อมูลคือ 0. 3 ถึง 50 กิโลบิต/วินาที. ขนาดบรรจุภัณฑ์จริงคือ 64 ไบต์. 13 จำเป็นต้องใช้ไบต์สำหรับส่วนหัว. ใบนี้ 51 ไบต์สำหรับข้อมูลผู้ใช้.

บันทึก: ในสหรัฐอเมริกา, เวลาของช่องถูก จำกัด ไว้ที่ 400 มิลลิวินาที. ซึ่งหมายความว่า สูงสุด . เท่านั้น 11 ไบต์ของข้อมูลผู้ใช้สามารถส่งต่อแพ็คเก็ตได้.

SF12 (ปัจจัยการแพร่กระจาย) ที่ 125 kHz (แบนด์วิดธ์) สำเร็จเท่านั้น 250 นิดหน่อย / NS (อัตราข้อมูล). ผู้รับมีแนวโน้มที่จะรับรู้ชีพจรของเสียงร้องมากเพราะค่อนข้างง่ายที่จะแยกแยะสัญญาณจากสัญญาณรบกวน.

ชุดค่าผสมที่ระบุเร็วที่สุดคือ SF7 at 250 แบนด์วิดธ์ kHz. นี่นำไปสู่ 11,000 bps.

การใช้พลังงาน

กระบวนการมอดูเลต LoRa ช่วยให้ส่งกำลังได้ดีที่สุดโดยใช้พลังงานน้อยที่สุดโดยเครื่องส่งสัญญาณ. การใช้พลังงานต่ำทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานถึง 15 ปี.

สิ่งนี้ทำให้การจัดการง่ายขึ้นและมีราคาไม่แพงเพราะไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟแยกต่างหาก.

ประเภทของอุปกรณ์

LoRa แยกความแตกต่างระหว่างคลาสอุปกรณ์ต่างๆ, โดยที่เฉพาะคลาส A เท่านั้นที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานใน Internet of Things. และอุปกรณ์ปลายทางอยู่ในสถานะประหยัดแบตเตอรี่และจะส่งเพียงชั่วครู่เมื่อสถานะเปลี่ยนไป. สามารถส่งบางสิ่งไปยังเครื่องปลายทางได้ในช่วงเวลานี้เท่านั้น.

ร่วมกับโมดูลวิทยุ, อุปกรณ์ปลายทางเหล่านี้มีราคาไม่แพงมากเนื่องจากความเรียบง่ายและยังเหมาะสำหรับความต้องการสูงอีกด้วย.

หากอุปกรณ์สามารถระบุได้นอกช่วงเวลานี้, ต้องเลือกอุปกรณ์คลาส B หรือ C จริงๆ, ซึ่งเพิ่มการใช้พลังงานอย่างมากและ, ขึ้นอยู่กับเครือข่าย, ไม่รองรับเลย.

แอปพลิเคชั่น

LoRa สร้างขึ้นเพื่อการใช้งานเซ็นเซอร์แบบสถิตเป็นหลัก. แอปพลิเคชั่นทั่วไปรวมถึงการบันทึก, สอบถามและแลกเปลี่ยนข้อมูลสถานะ. ด้วยเซ็นเซอร์ที่ตั้งอยู่ในตำแหน่งใดก็ได้, สามารถกำหนดหรือรับข้อมูลได้, ซึ่งสามารถรวมเข้ากับแอพพลิเคชั่นได้อย่างง่ายดาย.

1. สมาร์ทโฮม
2. สมาร์ทซิตี้
3. โรงงานอัจฉริยะ
4. สมาร์ทฟาร์ม
5. สมาร์ท ทรานสปอร์ต

เขียนโดย --
ฟิโอน่า ควน
ฟิโอน่า ควน
ฟิโอน่า, นักเขียนและบรรณาธิการด้านเทคนิคที่ MOKOSMART, ใช้จ่ายไปก่อนหน้านี้ 10 ปีในตำแหน่งวิศวกรผลิตภัณฑ์ของบริษัท IoT. ตั้งแต่เข้าร่วมบริษัทของเรา, เธอทำงานอย่างใกล้ชิดกับฝ่ายขาย, ผู้จัดการผลิตภัณฑ์และวิศวกร, ได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความต้องการของลูกค้า. ผสมผสานประสบการณ์ในอุตสาหกรรมเชิงลึกเข้ากับความเข้าใจในสิ่งที่ลูกค้าต้องการมากที่สุด, Fiona เขียนเนื้อหาที่น่าสนใจซึ่งครอบคลุมพื้นฐาน IoT, เนื้อหาทางเทคนิคเชิงลึกและการวิเคราะห์ตลาด - เชื่อมต่อกับผู้ชมทั่วทั้งสเปกตรัม IoT.
ฟิโอน่า ควน
ฟิโอน่า ควน
ฟิโอน่า, นักเขียนและบรรณาธิการด้านเทคนิคที่ MOKOSMART, ใช้จ่ายไปก่อนหน้านี้ 10 ปีในตำแหน่งวิศวกรผลิตภัณฑ์ของบริษัท IoT. ตั้งแต่เข้าร่วมบริษัทของเรา, เธอทำงานอย่างใกล้ชิดกับฝ่ายขาย, ผู้จัดการผลิตภัณฑ์และวิศวกร, ได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความต้องการของลูกค้า. ผสมผสานประสบการณ์ในอุตสาหกรรมเชิงลึกเข้ากับความเข้าใจในสิ่งที่ลูกค้าต้องการมากที่สุด, Fiona เขียนเนื้อหาที่น่าสนใจซึ่งครอบคลุมพื้นฐาน IoT, เนื้อหาทางเทคนิคเชิงลึกและการวิเคราะห์ตลาด - เชื่อมต่อกับผู้ชมทั่วทั้งสเปกตรัม IoT.
แชร์โพสต์นี้