什麼是 LoRaWAN 技術及其運作原理

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什麼是 LoRaWAN 技術及其運作原理

您是否正在考慮將 LoRaWAN 整合到您的物聯網解決方案中? 在快速發展的物聯網技術領域, LoRaWAN 在 LPWAN 領域脫穎而出,成為強大的參與者. 如果您的考慮傾向於用於工業或企業應用的 LoRaWAN 網路解決方案, 深入研究該協議的複雜性是至關重要的第一步. 在本文中, 我們深入探討 LoRaWAN 技術的所有關鍵方面. 加入我們,了解重點, 為您提供洞察力,為您的物聯網企業做出明智的決策.

什麼是 LoRaWAN 技術

LoRaWAN 代表遠端廣域網. 它是一種低功耗 WAN 協議,專為無線電池供電的設備和資產而設計. LoRaWAN 網路通常使用 433MHz 或 900MHz 頻段等未經許可的頻譜將設備長距離無線連接到互聯網.

該技術基於稱為 洛拉, 它使用線性調頻擴頻調製. 這種方法將訊號傳播到更寬的頻寬上, 使其抗干擾能力強並具有遠距離特性. Semtech 最初開發並維護了 LoRa 調製技術.

LoRaWAN新增網路層協定以實現終端設備和網關之間的雙向通訊. 然後網關透過 IP 連接到中央網路伺服器. 此架構支援自適應資料速率等功能, 裝置尋址, 安全, 漫遊等. 使大規模部署成為可能.

洛拉聯盟, 是一個開放的非營利協會,負責監督 LoRaWAN 標準 並推動全球採用. 已經結束了 500 全球各地設備製造商的成員, 營運商, 解決方案提供者推進部署.

和...之間的不同 LoRa 和 LoRaWAN

簡單的說, LoRa僅指能夠實現遠距離通訊的物理調變技術或訊號編碼方案. 它採用線性調頻擴頻調變和前向糾錯的概念來實現超過 10 農村地區的里程數以及 3 城市里程.

LoRaWAN 協定在 LoRa 調變之上運作以管理資料通訊, 實現雙向交換並實現網路安全功能. 這包括數據速率優化等功能, 尋址方案, 實施 AES-128 加密並管理裝置和網關之間的資料交換.

LoRa 是允許長距離訊號的實體層調變方案, 而LoRaWAN定義了通訊協定和標準. 將 LoRa 視為高速公路,使車輛能夠快速長距離行駛, LoRaWAN 是控制高速公路有序、安全交通的交通標誌和控制裝置.

LoRaWAN 技術的工作原理

LoRaWAN 架構包括帶有感測器的終端設備/節點, 網關, 網絡服務器, 和應用程式伺服器.

LoRa與LoRaWAN工作架構

端點透過 LoRa 連結與部署在室外(例如建築物上)的網關進行連接, 塔, 等等. 網關介面回程連線(例如 WiFi), 乙太網路或蜂巢. 它們可以涵蓋數英里長的範圍,數據速率在 0.3kbps 至 50kbps 之間調整.

網關將訊息從可能數百萬台裝置轉回中央網路伺服器. 它管理安全等基本功能, 尋址, 設備設定檔, 規則, 數據速率適配等. 它還可以刪除重複訊息並控制應用程式和設備之間的確認傳遞.

網路伺服器透過 IP 連線將資料傳遞給應用程式伺服器. 這是物聯網應用程式和業務邏輯所在的位置, 解碼感測器數據並將其與儀表板連接, 分析, 雲端服務等.

LoRaWAN 設備 A 類, 乙, & C

LoRaWAN包含三種不同類型的終端設備,以滿足各種應用中出現的不同需求:

A級: 最低功率, 和雙向終端設備

這是允許端點隨時傳輸上行鏈路的預設類別, 隨後是兩個短下行接收窗口. 由於上行鏈路通訊是非同步的,而下行鏈路遵循上行鏈路定時, 設備可以休眠以最大限度地延長電池壽命. 下行訊息在伺服器上緩衝.

B類: 一種具有確定性下行時延的雙向終端設備

B 類設備會依照與網路同步的預定時間間隔開啟額外的接收窗口. 這可以降低下行鏈路延遲,但代價是更高的功耗. 確定性延遲可編程 128 秒使其適合電池操作.

C類: 最小延遲, 雙向終端設備

以 A 類為基礎, C 類保持接收器持續打開,除非發送. 這允許伺服器隨時下行鏈路,延遲接近零. 然而, 連續聆聽功耗超過 50mW, 因此 C 類適合市電供電應用. 可以臨時切換.

LoRaWAN 設備 A 類, 乙, & C

LoRaWAN 與 LoRaWAN 的比較. 其他 LPWAN 技術

LPWAN 空間, 物聯網連接市場快速成長的一部分, 包括 SigFox, 羅拉萬, 窄帶物聯網, LTE-M, 鏈接實驗室, 和失重. 其他協議,如 LTE-CAT M, IEEE P802.11AH, 和 Dash7 在 LPWAN 生態系統中也發揮著重要作用. 在這個部分, 我們將主要深入討論前面提到的技術.

LoRaWAN 與 LPWAN 生態系統中的其他技術對比

 

  • 羅拉萬

羅拉萬, 由 LoRa 聯盟管理, 其特點是其開放標準網路層並得到多元化產業聯盟的支持. 在LoRa晶片上運行, 透過有效分配編碼資料包,它在僅上行鏈路應用中表現出色, 減少碰撞和乾擾. 儘管是開放標準, LoRaWAN 對 Semtech 晶片的全端實施的依賴增加了一層排他性.

  • 西格福克斯

西格福克斯, 一家法國公司成立於 2009, 憑藉透過低調製速率實現的擴展範圍而脫穎而出. 作為專有技術, 對於需要不頻繁和小數據突發的應用程式來說,SigFox 是一個不錯的選擇, 例如智慧垃圾桶和停車感應器. 然而, 下行鏈路能力的限制和對訊號幹擾的敏感度給某些用例帶來了挑戰.

  • 窄帶物聯網和 LTE-M

NB-IoT 和 LTE-M 正在 LPWAN 領域興起, 利用標準 LTE 連接. NB-IoT在能源效率和成本效益方面表現出色, 使其成為智慧城市應用的理想選擇, 而 LTE-M 提供更高的數據速率. 兩者之間的選擇取決於具體應用; NB-IoT 非常適合智慧電錶, 而LTE-M可能對無人機或車輛更有優勢.

  • 鏈接實驗室

Link Labs 使用 LoRa 晶片,但引入了稱為 Symphony Link 的私有 MAC 層. Symphony Link 在 LoRaWAN 上添加了一些重要的連接功能, 包括有保證的無線固件升級, 消息接收, 中繼器功能, 以及取消動態範圍和占空比限制.

  • 失重

Weightless SIG 的使命是標準化 LPWAN 技術. 作為唯一真正開放的標準, Weightless 在低於 1GHz 的未經許可的頻譜上運行. 3 Weightless 版本可用於不同目的:

失重-w: 利用空白 (許可電視頻段中未使用的本地頻譜)

失重-n: 源於 NWave 技術的非授權頻譜窄帶協議

失重-p: 源自 M2COMM Platanus 技術的雙向協議

Weightless N 和 P 是更受歡迎的選擇,因為 Weightless W 的電池壽命較短.

LoRaWAN技術的優勢

以下是 LoRaWAN 技術提供的一些突出優勢:

  • 超低功耗: LoRaWAN設備可以在低功耗模式下運行,其電池可持續使用數年.
  • 卓越的範圍: 遠距離覆蓋範圍可達 10 農村地區的里程數以及 1-3 城市環境中的哩程數
  • 室內深度滲透: LoRaWAN網路可以提供室內深度覆蓋, 輕鬆覆蓋多層建築.
  • 免費頻譜許可: LoRaWAN 技術免費運行 (未經許可的) 頻率, 無需額外的頻譜許可費.
  • 大容量: 每個網關覆蓋範圍支援超過一百萬台設備的網路容量.
  • 公有和私有部署: 使用相同的軟件和硬件輕鬆部署私有和公共 LoRaWAN 網絡 (終端設備, 網關, 天線).
  • 端到端安全: 強的 128 位元 AES 端對端加密,確保強大的安全性.
  • 低成本: 設備和操作成本極低,非常適合大型設備部署
  • 生態系統: LoRaWAN 擁有非常龐大的設備製造商生態系統, 應用程式開發人員, 網路服務供應商, 和解決方案供應商.

LoRaWAN 技術的用例

以下是一些非常適合 LoRaWAN 的有前途的用例類別:

LoRaWAN 技術的用例

智慧城市 & 公用事業

城市可以有效連接儀表等民用基礎設施, 垃圾桶, 路燈, 污染監測儀. 甚至車輛和公共汽車追蹤也是可行的,可實現智慧交通. 對於公用事業公司, 大規模智慧計量在跨越天然氣領域是高度可行的, 電錶和水錶.

供應鏈 & 後勤

物流公司可以追蹤位置, 貨櫃的狀況和移動, 跨多個倉庫和運輸途中的托盤. 冷鏈可以確保易腐貨物的完整性. 港口作業可以追蹤起重機, 車輛, 貨物等.

智慧農業 & 農業

LoRaWAN 感測器可以在農場中擴散, 果園和葡萄園監測土壤濕度, 作物環境, 透過電池感測器全年儲存條件. 動物健康和定位穿戴裝置也正在興起.

資產管理 & 追踪

設備等有價值的資產, 可以跨位置監控設備的溫度等參數, 衝擊, 運動等. 提高安全性, 使用率和壽命. LoRaWAN 標記的托盤, 盒子簡化了倉庫.

工業物聯網 & 傳感器監控

工廠可以部署可靠的, 用於追蹤資產的長距離感測器, 跨樓層的安全指標和產品品質指標,無需電線或電池更換. 即使是管道等遠端站點, 鑽孔機等. 可以測量.

智慧醫療 & 醫療的

醫院可以使用 LoRaWAN 有效連接醫療設備和輪椅等資產,以便更好地追蹤和利用. 住院期間患者腕帶透過監測運動有利於工作流程. 輔助生活設施也受益於位置和跌倒偵測功能,提高了安全性.

適用於您的應用的 MOKOSmart LoRaWAN 感測器

MOKOSmart 提供各種支援 LoRaWAN 的感測器,非常適合許多遠端低功耗物聯網應用. 一些可能有用的 MOKOSmart LoRaWAN 感測器包括:

LoRaWAN PIR 運動傳感器: 偵測運動並可用於佔用監控, 入侵者警報, 自動化觸發器, 和更多.

LoRaWAN GPS 追踪器: 追蹤資產的即時位置,還可以監控溫度和移動情況. 對於車隊管理很有用, 資產追踪, 和防盜.

LoRaWAN 溫濕度傳感器: 監控環境溫度和濕度水平. 非常適合冷鏈物流, 暖通空調監控, 儲存單元追蹤, 和環境分析.

LoRaWAN 緊急按鈕: 緊急警報按鈕,按下時可通知人員問題或啟動緊急應變系統.

LoRaWAN 停車感應器: 偵測停車位是否有車輛. 支援智慧停車應用與分析.

LoRaWAN 智慧徽章: 追蹤人員的即時位置,還可以充當發送警報的緊急按鈕. 非常適合勞動力管理, 訪問控制, 和安全應用.

如何開始使用 LoRaWAN 技術

部署 LoRaWAN 解決方案 從概念驗證到大規模推廣, 主要步驟通常包括:

  • 研究 LoRaWAN 是否滿足可靠性, 範圍和電池壽命
  • 了解公共網路的覆蓋選項, 社群網路或私人部署
  • 選擇 LoRa 模組和 LoRaWAN 感測器等硬件
  • 檢查本地網路服務供應商的可用性或部署自己的網關
  • 透過網關將終端設備硬體連接到 LoRaWAN 網路伺服器
  • 開發設備應用程式以及物聯網應用程式與雲端服務的集成
  • 測試覆蓋範圍以及預期部署條件下的感測器性能

LoRaWAN 覆蓋範圍和設備選項迅速擴展, 現在是探索您自己的創新 LoRaWAN 用例的好時機.

作者——
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
Fiona Kuan
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菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
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