如果您正在使用聯網設備, 您可能曾經聽說過 LoRaWAN 用例. 它是一種遠程網絡協議. 它甚至可以在更長的範圍內以低能耗實現物聯網與互聯網的聯網. 這解決了物聯網中的應用程序迄今為止面臨的一大問題. 電池壽命長達五年，傳感器網絡維護成本低, LoRaWAN 可用於各種新應用.
這讓您簡要概述了 LoRaWAN 解決方案可以做什麼. 在本文中, 我們看架構, 核心技術的主要特點, 以及使用它的最新 LoRaWAN 用例.
什麼是 LoRaWAN 技術?
這項技術的偉大之處在於它基於開放標準. 它使用未經許可的頻譜作為 ISM 頻段的一部分 (“工業的, 科學的, 和醫療”, 德語: 行業, 科學與醫學). 在歐洲, LoRaWAN 使用 868 MHz頻率範圍, 而在美國 915 MHz頻段發布. 通過使用未經許可的頻譜, 設置和使用您自己的網絡非常容易. 許多電信運營商已經從 LoRaWAN 用例中受益，或者將該技術作為其在全球眾多國家/地區提供的服務的一部分提供. 康卡斯特, KPN, 橙子, SK Telecom 和許多其他供應商正在其市場上積極實施大規模發布. 這使得 LoRaWAN 作為一項技術更加有趣，因為它與不同運營商的網絡兼容 – 大大小小的.
LoRaWAN 標準由 LoRa 聯盟監控, 這反過來又包括 500 支持協議並調整其許多組件的成員, 產品, LoRaWAN 和服務. 其中包括公司，例如 摩科智能, 手臂, 思科, 微芯片, 和ST.
有什麼區別 洛拉 來自 LoRaWAN?
先從LoRa的定義說起 – 它到底是什麼，它與 LoRaWAN 有何不同? LoRa 是一種無線技術，類似於 Wi-Fi 或 WLAN 等更常見的技術, 藍牙, LTE, 和 Zigbee. 然而, 技術通常不能滿足所有要求, 這意味著用戶必須接受妥協. LoRa 滿足低成本的需求, 可以遠距離傳輸數據的電池供電設備. 然而, LoRa 不是在大帶寬上傳輸數據的正確解決方案. LoRa 是一種將要傳輸的數據轉換為電磁波的技術. 這種技術也稱為啁啾擴頻， 幾十年來，它一直用於軍事和太空通信. 這是由於通訊距離長且對幹擾的敏感度低.
羅拉萬, 另一方面, 是基於物聯網的高性能LoRa節點網絡的MAC協議, 覆蓋遠距離且能量需求低. 它利用上述 LoRa 的優勢，優化 LoRa 節點的電池壽命和服務質量. 該協議是完全雙向的, 確保可靠的消息傳輸 (確認). 為安全和數據保護目的提供端到端加密, 無線註冊尾註和多播功能. 該標準還確保與世界各地的 LoRaWAN 網絡兼容.
LoRaWAN 架構
LoRaWAN 架構主要由四個元素組成:
• 端節點
• 網關 (基站/路由器)
• 網絡服務器
• 應用服務器
端節點
端節點是配備傳感器功能的物理硬件設備, 一定量的計算能力和用於將數據轉換為無線電信號的無線電模塊. 這些終端設備可以將數據傳輸到網關並接收它. 即使是小電池, 如果它們進入深度睡眠模式以優化能源消耗，它們可以持續數年.
當設備向網關發送消息時, 這被稱為 “上行鏈路”. 終端從網關收到的回答被稱為 “下行鏈路”. 以這個為基礎, 區分三種類型的終端設備:
• A 級
• B 類
• C 類
與其他兩類相比，A 類設備的能耗最低. 然而, 這些只有在發送了上行鏈路時才能接收下行鏈路. A 類設備適用於按時間間隔傳輸數據 (例如. 每一個 15 分鐘) 或用於基於事件發送數據的設備 (例如. 如果溫度高於 21 度或低於 19 度數).
B 類終端節點允許下行鏈路的消息槽比 A 類多. 這減少了消息延遲，但也降低了能源效率.
最後, C 類有一個正在進行的接收窗口，該窗口僅在設備發送上行鏈路消息時關閉. 所以, 這是最節能的變體, 這通常需要一個恆流源來操作.
網關
網關也稱為調製解調器或接入點. 網關也是從終端設備接收所有 LoRaWAN 消息的硬件設備. 然後將這些消息轉換為可以通過傳統 IP 網絡傳輸的位數組. 網關鏈接到傳輸所有消息的網絡服務器.
網關是透明的，計算能力有限. 更複雜的任務在網絡服務器中執行. 取決於用途和類型, 網關有兩個版本:
室內使用網關, 例如. MKGW2-LW, 摩科智能.
網絡服務器
來自網關的所有消息都轉發到網絡服務器. 這是更複雜的數據處理過程發生的地方. 網絡服務器負責:
1. 將消息路由/轉發到正確的應用程序;
2. 下行消息最佳網關的選擇. 這個決定通常是根據鏈路質量指標做出的, 這又是通過 RSSI 計算的 (接收信號強度指示) 和信噪比 (信噪比) 先前收到的數據包;
3. 多個網關接收時刪除重複消息;
4. 解密從終端節點發送的消息並加密發送回節點的消息;
5. 網關通常通過加密的 Internet 協議連接到網絡服務器 (知識產權) 關聯. 網絡通常包括網關的調試和使網絡提供商能夠管理網關的監控接口, 補救錯誤, 監控警報, 等等. …
應用服務器
應用服務器是物聯網應用所在的位置 – 這對於使用終端設備捕獲的數據特別有用. 大多數情況下, 應用程序服務器通過私有或公共雲運行, 它連接到 LoRaWAN 網絡服務器並處理特定於應用程序的處理. 與應用服務器的接口由網絡服務器控制.
LoRaWAN 功能
- 雙向通信
終端可以向網關發送數據，也可以根據設置接收數據. 這些設置也可以在應用程序中調用.
- 本土化
LoRaWAN 的一個有趣功能是無需 GPS 即可進行定位. 這對於跟踪系統和傳感器特別有用，因為它具有電池效率並且可以比傳統方法更便宜地維護.
- 可擴展性
LoRaWAN 專為大型物聯網部署而設計，其中數千台設備與可管理數量的網關聯網. 這些網關可以同時監控多個通道並處理多個消息.
LoRaWAN 的另一個重要特性是傳輸數據的速度. 有不同的數據速率可用於傳輸. 這些也稱為擴展因子 (順豐). 較慢的傳輸可實現更長和更可靠的範圍.
例如, 想像你正在和一個非常親近的人交談. 在這種情況下你可以說得很快，對方聽得懂你說的每一句話. 當你和離你很遠的人說話時, 你必須說得慢得多才能被理解. 這個原理也適用於 LoRaWAN 協議.
- 自適應數據速率
使用 LoRaWAN, 網絡還可以自動優化設備傳輸數據的速度. 此功能稱為自適應數據速率 (或 ADR) 並且對於增加 LoRaWAN 網絡的容量尤為重要. ADR 允許我們通過添加另一個網關輕鬆擴展網絡. 因為這個網關, 許多終端設備現在會自動調整其擴頻因子. 因此, 單個設備更短 “在空中”, 這意味著網絡的容量更大.
自適應數據速率 (縮寫: 不良反應) 是一種根據以下規則調整數據速率的簡單機制:
如果無線電信號強度 (也被稱為 “鏈接預算”) 高, 數據速率可以提高;
如果鏈路預算低, 數據速率可以降低.
- 安全
每個 LPWAN 都必須使用全面的安全解決方案. LoRaWAN 使用兩級安全性: 一個用於網絡，一個用於應用程序. 網絡安全保證網絡中終端設備的真實性, 而應用層確保網絡運營商無權訪問最終用戶的應用數據. AES 加密用於密鑰交換.
網絡層負責識別節點. 它檢查消息是否真的來自特定設備，也被認為是完整性檢查. 它還可以加密MAC命令.
應用層用於payload的解密和加密.
兩個密鑰都被加密 128 ECB模式下的位AES.
LoRaWAN 用例的場景
LoRaWAN 在應用和應用領域方面已在市場上佔有一席之地. 由於其獨特的特性, LoRaWAN 最適合此類場景:
1. 獲得電力 (電) 受到限製或限制;
2. 這些位置在物理上難以訪問或非常偏遠;
3. 與傳統的手機連接相比，終端設備的數量顯著增加;
4. 終端設備不必連續發送消息.
有多少個 LoRaWAN 用例
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資產追踪
許多行業需要跟踪有價值設備的位置和狀況，以改進規劃和運營. LoRaWAN 傳感器測量資產速度, 加載, 溫度和濕度, 位置, 振動和其他數據，並結合實時和歷史數據，在問題發生之前建議維護. 可以訪問資產性能數據, 您可以優化生產計劃，同時在資產被盜或超出預期範圍時收到通知.
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防回流監控
所有工業用水客戶都需要在供水入口處安裝防回流裝置, 通過允許水沿一個方向而不是另一個方向流動來防止污染. 能夠使用基於 LoRaWAN 的生產線監控器感知回流的存在並立即向設施管理人員發送 SMS 或電子郵件警報，這對於工人和製造系統的健康和安全非常重要.
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冷鏈監控
LoRaWAN 是新鮮食品和醫療保健領域冷鏈應用的理想選擇. 使用LoRaWAN冷鏈解決方案, 可追踪產品的溫濕度狀態，當產品狀態異常時，可將溫濕度狀態上報系統, 防止產品失去功能甚至崩潰.
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土壤溫濕度監測
用於農業和園林綠化, 適當的灌溉是改善作物的關鍵. 不同地區的土壤需要的水量不同, LoRaWAN 溫度和濕度檢測器可用於根據測量的土壤溫度和濕度做出更明智的決定, 增加產量並減少水浪費.
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洩漏檢測
當地球資源, 比如水, 氣體或化學品, 供不應求, 解決這一困境的關鍵是盡可能避免資源洩漏. 工業設施內外的水將由 LoRaWAN 漏水檢測和水浸傳感器監測. 當發生故障或檢測到異常時，系統將提醒設施經理快速響應和解決.
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物流運輸
LoRaWAN 技術使供應鍊和物流組織能夠實時跟踪需要遠距離運輸的資產. 由於該技術的長距離和低功耗特性，可以輕鬆地在大地理區域和惡劣環境中實時監控車輛和貨物, 以及無 GPS 的地理定位. 與 LoRaWAN 網絡連接的車隊跟踪系統可以讓車隊在現場停留更長時間, 從而降低成本, 提高安全性, 提供對維護問題的可見性, 並全面提高運營效率.
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停車場監控
事實證明，尋找可用停車位會增加碳排放和交通擁堵. 通過在停車位部署 LoRaWAN 傳感器, 可以在停車場出入口提供準確的車輛計數和檢測. 通過捕獲實時停車數據將增加市政和商業收入流提高整體停車位利用率.
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害蟲管理
有必要保護設施和人員免受污染, 損害, 和囓齒動物. 然而, 人工檢查費時費力，耗費大量物力和人力. LoRaWAN 的聯網害蟲管理解決方案提高了可見性並允許從任何地方進行實時監控. 防水, 堅固的誘捕器為滅鼠劑提供了安全的選擇. 簡單的移動應用程序和網絡配對, 需要服務時的實時警報, 提高室外和室內滅鼠計劃的效率並降低成本.
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環境監測
許多沿海城市在中高潮期間經歷長時間的洪水氾濫，往往使乾道和附近道路陷入無法通行的水域. 這些問題可以通過監測空氣質量來解決, 降水和其他環境因素. 安裝在橋樑和燈桿頂部的防風雨太陽能裝置使用 LoRaWAN 技術和超聲波傳感器遠程測量陸地或水體上方的水位. 這些實時環境監測系統測量當地以外的天氣水平和空氣質量，以預測洪水並告知市民危險情況.
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公共安全
幾乎所有行業都需要集成的安全和安全解決方案. 物聯網公共安全解決方案為應急響應人員提供有助於降低風險和提高人身安全的創新技術. LoRaWAN 技術正在集成到個人可穿戴設備中，例如 ID 標籤，並配備緊急按鈕以發送即時 SOS 和用戶的位置信息. 這些解決方案, 部署在企業和大學校園, 旨在解決 1 秒攻擊間隔和 7 秒 911 基於手機的解決方案的通話間隔.
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空間利用
員工的流動性越來越大，並迅速轉移到 “任何時候, 任何地方” 工作理念. 因此, 辦公空間可能閒置或超額預訂, 取決於不可預測的員工和訪客流量. 充分利用空間已成為企業的後勤挑戰. 從 LoRaWAN 傳感器獲得的佔用數據消除了猜測，並為團隊提供了可操作的情報，以加強工作場所的實踐, 並提高員工生產力.
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疏水閥監控
蒸汽廣泛應用於各行各業. 工廠的蒸汽加熱過程驅動發電廠的渦輪機. 蒸汽疏水閥過濾非冷凝氣體和冷凝蒸汽，而不會讓蒸汽逸出. 蒸汽疏水閥平均失敗 10 至 30 每年百分比, 導致浪費和代價高昂的低效. 蒸汽疏水閥測試是一個勞動密集型過程，通常每年手動完成一次. LoRaWAN Trap 監控系統允許公司頻繁查詢其 Trap 計數以檢測故障. 數據安全地傳輸到在線樓宇管理系統, 提供儀表板報告，顯示是否有需要修復的陷阱.
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儲罐監控
監測燃油液位的可靠系統至關重要. 燃料運輸公司是智能工業供應鏈運營的關鍵合作夥伴，燃料消耗可能是有害的. 沒有遠程測量燃油液位的方法, 卡車送貨通常效率低下, 推高運營成本並使客戶服務的交付複雜化. 儲罐液位和其他有價值的數據可以通過網絡發送到供應公司使用的儲罐監控解決方案. 而且, 工業運營可以準確預測燃料使用量. 這樣, 上門服務及其碳足跡可以減少.
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溫度監測
為有價值的資產保持合適的溫度對醫療保健很重要, 餐飲服務, 和其他行業. 溫度變化可能導致災難性的產品損失. 除了對資源的破壞, 這些事件也會造成品牌, 名聲, 對公司的公眾形象和其他損失. 帶低功耗傳感器, 遠程 LoRaWAN 溫度和濕度監控使企業能夠獲取讀數和歷史日誌以進行合規性審計. 多重閾值設置提供安全措施和經濟有效的保護.
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水資源管理
商業建築, 食品和飲料加工廠, 酒店, 超級市場, 和洗車都會因溢出而產生水浪費, 洩漏, 和設備損壞. 即時通知和響應是降低合規風險同時降低成本的關鍵. 通過部署 LoRaWAN 計量系統來替代過時的勞動密集型流程, 水資源管理解決方案, 由 LoRaWAN 傳感器組成, 為市政當局提供詳細的總水足跡. 智能水錶解決方案支持遠程訪問使用數據和計費帳戶, 提高運營效率並產生額外的服務收入.
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垃圾桶監控
系統自動感應和監控位置, 裝箱水平, 和提取頻率, 使車隊運營商能夠實時管理工作訂單的狀態, 並降低人工成本. 基於 LoRaWAN 的廢物監測解決方案可減少收集費用和時間. 當垃圾箱達到預定義閾值時，自動通知警報為收集服務提供商提供智能路線規劃，並消除最終用戶不必要的訪問和溢出垃圾箱.
應用 LoRaWAN 用例的好處
- 超低功耗, 電池壽命甚至可以達到十年以上
- 在許多 LoRaWAN 用例中, 數據和/或數據傳輸不是恆定的, 因此低帶寬使其成為實際物聯網部署的理想選擇
- 連接成本低, 由於結構簡單，易於設置和快速部署
- 一層 AES 加密讓人們可以安全使用 LoRaWAN 而無需擔心網絡安全風險
- 開放技術聯盟, 開放和自由的標準
- LoRaWAN 的遠程通信和覆蓋範圍是它們與其他技術的最大區別之一.
- 一個 LoRa 網關可以連接數千個端點, 因為它的高容量特性
MOKOSmart 提供的 LoRaWAN 用例
MOKOSmart 專注於提供 LoRaWAN 解決方案 擁有超過十年的經驗. 我們的LoRaWAN用例主要包括以下. 當然, 還有更多解決方案, 您可以聯繫我們獲取更多信息.
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- 資產追踪解決方案
- 室內 GPS 解決方案
- 適用於所有行業的可穿戴物聯網
- 物聯網智能電錶
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