16 物联网市场上的 LoRaWAN 用例!

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如果您正在使用联网设备, 您可能曾经听说过 LoRaWAN 用例. 这是一个远程网络协议. 它使物联网甚至可以在更长的范围内通过互联网实现低能耗. 这解决了迄今为止物联网中的应用所面临的重大问题之一. 电池寿命长达五年,传感器网络的维护成本低, LoRaWAN可用于多种新应用.

这为您简要概述了 LoRaWAN 解决方案的功能. 在这篇文章中, 我们看一下架构, 核心技术的关键特征, 以及 LoRaWAN 的最新使用案例.

什么是LoRaWAN技术?

这项技术的伟大之处在于它基于开放标准. 它使用未经许可的频谱作为ISM频段的一部分 (“产业, 科学的, 和医疗”, 德语: 行业, 科学与医学). 在欧洲, LoRaWAN使用 868 MHz频率范围, 而在美国 915 释放MHz频段. 通过使用非授权频谱, 设置和使用自己的网络非常容易. 许多电信运营商已经从 LoRaWAN 用例中受益,或者将该技术作为其在全球许多国家提供的服务的一部分提供. 康卡斯特, 国民党, 橙子, SK Telecom和许多其他提供商正在积极在其市场中实施大规模发布. 这使LoRaWAN作为一种技术变得更加有趣,因为它与不同运营商的网络兼容 – 大大小小的.

LoRaWAN标准由LoRa联盟监控, 反过来由 500 支持协议并协调其许多组件的成员, 产品展示, 和服务与LoRaWAN. 这些公司包括 MOKOSMART, 臂, 思科公司, 微芯片, 和ST.

LoRa与LoRaWAN的区别是什么?

让我们从LoRa的定义开始 – 它到底与LoRaWAN有什么区别?? LoRa是一种类似于更常见的技术(例如Wi-Fi或WLAN)的无线技术, 蓝牙, LTE, 和Zigbee. 然而, 技术通常不能满足所有要求, 这意味着用户必须接受妥协. LoRa满足低成本需求, 电池供电的设备,可以远距离传输数据. 然而, 对于在大带宽上传输数据而言,LoRa不是正确的解决方案. LoRa是一项将要传输的数据转换为电磁波的技术. 这种技术也被称为the扩频, 它已经在军事和太空通信中使用了数十年. 这是由于通信距离长且对干扰的敏感性低.

广域网, 另一方面, 是基于物联网的高性能LoRa节点网络的MAC协议, 覆盖范围广,能量需求低. 它利用了上述LoRa的优点,优化了LoRa节点的电池寿命和服务质量. 该协议是完全双向的, 确保可靠的消息传输 (确认). 提供端到端加密是出于安全和数据保护目的, 尾注和多播功能的无线注册. 该标准还确保与全球LoRaWAN网络的兼容性.

LoRaWAN架构

LoRaWAN架构主要由四个要素组成:

•终端节点

•网关 (基站/路由器)

•网络服务器

•应用服务器

终端节点

终端节点是配备传感器功能的物理硬件设备, 一定数量的计算能力以及用于将数据转换为无线电信号的无线电模块. 这些终端设备可以将数据传输到网关,也可以接收数据. 即使只有小电池, 如果进入深度睡眠模式以优化能耗,它们可以持续数年.

设备向网关发送消息时, 这被称为 “上行”. 终端从网关收到的答案称为 “下行链路”. 在此基础上, 三种终端设备之间有区别:

•A级

•B级

•C级

与其他两个类别相比,A类设备的能耗最低. 然而, 如果它们发送了上行链路,则只能接收下行链路. A类设备适合按时间间隔传输数据 (例如. 每一个 15 分钟) 或用于根据事件发送数据的设备 (例如. 如果温度上升到 21 度或低于 19 度数).

与A类相比,B类终端节点允许用于下行链路的消息时隙更多. 这样可以减少消息延迟,但能源效率也较低.

最后, C类具有正在进行的接收窗口,仅当设备发送上行链路消息时才会关闭. 因此, 这是能源效率最低的变体, 这通常需要恒定电流源才能运行.

网关

网关也称为调制解调器或接入点. 网关还是从终端设备接收所有LoRaWAN消息的硬件设备. 然后将这些消息转换为可以通过常规IP网络传输的位数组. 网关链接到传输所有消息的网络服务器.

网关是透明的,并且计算能力有限. 在网络服务器中执行更复杂的任务. 取决于用法和类型, 网关有两个版本:

室内网关, 例如. MKGW2-LW, MOKOSMART.

网络服务器

来自网关的所有消息都转发到网络服务器. 这是更复杂的数据处理过程发生的地方. 网络服务器负责:

1. 路由/转发消息到正确的应用程序;

2. 选择下行链路消息的最佳网关. 该决定通常基于链接质量指标来做出, 依次通过RSSI计算 (接收信号强度指示) 和SNR (信噪比) 先前收到的数据包;

3. 删除多个网关收到的重复消息;

4. 解密从终端节点发送的消息并加密发送回节点的消息;

5. 网关通常使用加密的Internet协议连接到网络服务器 (知识产权) 链接. 网络通常包括网关的调试和监视接口,使网络提供商可以管理网关, 补救措施, 监控警报, 等等. …

应用服务器

应用程序服务器是IoT应用程序所在的位置 – 这对于使用终端设备捕获的数据特别有用. 在大多数情况下, 应用服务器通过私有或公共云运行, 连接到LoRaWAN网络服务器并处理特定于应用程序的处理. 与应用程序服务器的接口由网络服务器控制.

LoRaWAN功能

  • 双向通讯

终端可以将数据传输到网关,也可以根据设置接收数据. 这些设置也可以在应用程序中调用.

  • 本土化

LoRaWAN 的一个有趣功能是无需 GPS 的定位. 这对于跟踪系统和传感器特别有用,因为它比传统方法更省电,并且维护成本更低.

  • 可扩展性

LoRaWAN专为大型IoT部署而设计,其中数千个设备通过可管理数量的网关联网. 这些网关可以监视多个通道并同时处理多个消息.

LoRaWAN的另一个重要特性是数据传输的速度. 有不同的数据速率可用于传输. 这些也称为扩散因素 (SF). 较慢的传输可实现更长,更可靠的范围.

例如, 想象你正在和一个与你很亲密的人谈话. 在这种情况下,您可以非常快速地讲话,对方也能理解您所说的一切. 当你和一个离你很远的人说话时, 你必须说慢得多才能被理解. 该原理也适用于LoRaWAN协议.

  • 自适应数据速率

与LoRaWAN, 网络还可以自动优化设备传输数据的速度. 此功能称为自适应数据速率 (或ADR) 对于增加 LoRaWAN 网络的容量尤为重要. ADR允许我们通过添加另一个网关轻松扩展网络. 由于这个网关, 现在许多终端设备会自动调整其扩展因子. 结果是, 各个设备较短 “播出”, 这意味着网络容量更大.

自适应数据速率 (缩写: ADR) 是一种根据以下规则调整数据速率的简单机制:

如果无线电信号强度 (也被称为 “链接预算”) 高, 数据速率可以提高;

如果链接预算低, 数据速率可以降低.

  • 安全

对于每个LPWAN,使用全面的安全解决方案很重要. LoRaWAN使用两种安全级别: 一个用于网络,另一个用于应用程序. 网络安全性确保网络中终端设备的真实性, 而应用程序级别可确保网络运营商无法访问最终用户的应用程序数据. AES加密用于密钥交换.

网络级别负责识别节点. 它检查消息是否确实来自特定设备,也被视为完整性检查. 它还可以加密MAC命令.

应用程序级别用于有效载荷的解密和加密.

两个密钥都使用 128 ECB模式下的AES位.

LoRaWAN 用例场景

LoRaWAN已在应用程序和应用领域方面找到了市场地位. 得益于其独特的性能, LoRaWAN最适合此类情况:

1. 通电 (电力) 受限制或受限制;

2. 这些位置在物理上难以访问或非常遥远;

3. 与传统的移动电话连接相比,终端设备的数量明显更高;

4. 终端设备不必连续发送消息.

有多少 LoRaWAN 用例

16 LoRaWAN 用例

  1. 资产追踪

    许多行业需要跟踪有价值设备的位置和状况,以改进规划和运营. LoRaWAN 传感器测量资产速度, 加载, 温度和湿度, 位置, 振动等数据并结合实时和历史数据在问题发生之前建议维护. 可以访问资产绩效数据, 您可以优化生产计划,同时在资产被盗或超出其预期范围时收到通知.

  2. 回流防止器监测

    所有工业用水客户都需要在供水入口安装回流防止器, 通过允许水沿一个方向而不是另一个方向流动来防止污染. 能够使用基于 LoRaWAN 的线路监视器感知回流的存在并立即向设施经理发送短信或电子邮件警报对于工人和制造系统的健康和安全非常重要.

  3. 冷链监控

    LoRaWAN 非常适合生鲜食品行业和医疗保健领域的冷链应用. 采用LoRaWAN冷链解决方案, 可以跟踪产品的温湿度状态,如果产品状态异常,则将温湿度状态上报给系统, 防止产品失去功能甚至损坏.

  4. 土壤温湿度监测

    用于农业和园林绿化, 适当的灌溉是提高作物产量的关键. 不同地区的土壤需水量不同, LoRaWAN温度和湿度检测器可用于根据测量的土壤温度和湿度做出更明智的决策, 提高产量并减少水资源浪费.

  5. 泄漏检测

    当地球资源, 例如水, 气体或化学品, 供不应求, 解决这一困境的关键是尽可能避免资源泄漏. 工业设施内外的水将通过 LoRaWAN 漏水检测和水浸传感器进行监控. 当发生故障或检测到异常时,系统将提醒设施管理员快速响应和解决.

  6. 物流运输

    LoRaWAN技术使供应链和物流组织能够实时跟踪需要长距离运输的资产. 由于该技术具有远距离和低功耗的特点,可以轻松地在大地理区域和恶劣环境下对车辆和货物进行实时监控, 以及无需 GPS 的地理定位. 与 LoRaWAN 网络连接的车队跟踪系统可以让车队在现场停留更长时间, 从而降低成本, 提高安全性, 提供维护问题的可见性, 并全面提高运营效率.

  7. 停车场监控

    事实证明,寻找可用停车位会增加碳排放和交通拥堵. 通过在停车位部署 LoRaWAN 传感器, 可提供停车场出入口的准确车辆计数和检测. 通过捕获实时停车数据,提高整体停车位利用率,将增加市政和商业收入流.

  8. 害虫管理

    有必要保护设施和人员免受污染, 损害, 和啮齿动物. 然而, 人工检查费时费力,消耗大量物力和人力. LoRaWAN 的联网害虫管理解决方案提高了可视性并允许从任何地方进行实时监控. 防水, 坚固的陷阱为灭鼠剂提供了安全的选择. 简单的移动应用程序和网络配对, 需要服务时实时发出警报, 提高室外和室内啮齿动物控制计划的效率并降低成本.

  9. 环境监测

    许多沿海城市在中度到高潮期间经历长期洪水,往往导致主干道和附近的道路陷入无法通行的水中. 这些问题可以通过监测空气质量来解决, 降水和其他环境因素. 安装在桥梁和灯杆顶部的防风雨太阳能发电装置使用 LoRaWAN 技术和超声波传感器远程测量陆地或水域上方的水位. 这些实时环境监测系统测量当地的天气水平和空气质量,以预测洪水并告知公民危险情况.

  10. 公共安全

    几乎所有行业都需要集成的安全解决方案. 物联网公共安全解决方案为应急响应人员提供创新技术,帮助降低风险并提高人身安全. LoRaWAN 技术正在集成到 ID 标签等个人可穿戴设备中,并配备紧急按钮以发送即时 SOS 和用户的位置信息. 这些解决方案, 部署在企业和大学校园, 旨在解决 1 秒攻击间隔和 7 秒攻击间隔问题 911 基于手机的解决方案的呼叫间隔.

  11. 空间利用率

    员工的流动性越来越大,并迅速转移到 “任何时候, 任何地方” 工作理念. 结果是, 办公空间可能闲置或超额预订, 取决于不可预测的员工和访客流量. 充分利用空间已成为企业的后勤挑战. 从 LoRaWAN 传感器获得的占用数据消除了猜测,并为团队提供了可操作的情报,以增强工作场所实践, 并提高员工生产力.

  12. 蒸汽疏水阀监测

    蒸汽广泛应用于各行业. 工厂的蒸汽加热过程驱动发电厂的涡轮机. 蒸汽疏水阀过滤非冷凝气体和冷凝蒸汽,而不让蒸汽逸出. 蒸汽疏水阀平均故障率 10 至 30 每年百分比, 导致浪费和代价高昂的低效率. 蒸汽疏水阀测试是一个劳动密集型过程,通常每年手动完成一次. LoRaWAN Trap 监控系统允许公司频繁查询其陷阱计数以检测故障. 数据安全传输至在线楼宇管理系统, 提供仪表板报告,显示是否存在需要修复的陷阱.

  13. 储罐监控

    可靠的燃油位监控系统至关重要. 燃料运输公司是智能工业供应链运营的关键合作伙伴,燃料枯竭可能会产生不利影响. 无法远程测量燃油油位, 卡车送货往往效率低下, 增加运营成本并使客户服务的交付变得复杂. 储罐液位和其他有价值的数据可以通过网络发送到供应公司使用的储罐监控解决方案. 此外, 工业运营可以准确预测燃料使用情况. 通过这种方式, 上门服务及其碳足迹可以减少.

  14. 温度监测

    为有价值的资产保持适当的温度对于医疗保健非常重要, 餐饮服务, 及其他行业. 温度变化可能导致灾难性的产品损失. 除了对资源的破坏, 这些事件也会造成品牌, 名声, 公司的公众形象和其他损失. 具有低功耗传感器, 远程 LoRaWAN 温度和湿度监控使企业能够获取读数和历史日志以进行合规性审核. 多重阈值设置提供安全措施和经济有效的保护.

  15. 水资源管理

    商业建筑, 食品和饮料加工厂, 旅馆, 超级市场, 和洗车店都会因溢出而产生废水, 泄漏, 和设备损坏. 即时通知和响应是降低合规风险同时降低成本的关键. 通过部署 LoRaWAN 计量系统来取代过时的劳动密集型流程, 水管理解决方案, 由 LoRaWAN 传感器组成, 为市政当局提供详细的总水足迹. 智能水表解决方案可远程访问使用数据和计费帐户, 提高运营效率并产生额外的服务收入.

  16. 垃圾桶监控

    系统自动感应并监控位置, 料箱填充水平, 和提取频率, 使车队运营商能够实时管理工作订单的状态, 并降低劳动力成本. 基于 LoRaWAN 的废物监控解决方案可减少收集费用和时间. 当垃圾箱达到预定义的阈值时,自动通知警报为收集服务提供商提供智能路线规划,并消除最终用户不必要的访问和溢出垃圾箱.

应用 LoRaWAN 用例的好处

  • 超低功耗, 电池寿命甚至可以达到十年以上
  • 在许多 LoRaWAN 用例中, 数据和/或数据传输不是恒定的, 因此低带宽使其成为实际物联网部署的理想选择
  • 连接成本低, 由于其结构简单,因此易于设置和快速部署
  • 一层AES加密让人们可以安全地使用LoRaWAN而不用担心网络安全风险
  • 开放技术联盟, 开放且自由的标准
  • LoRaWAN的远程通信和覆盖范围是其与其他技术的一大区别.
  • LoRa网关可以连接数千个端点, 由于其高容量特性

MOKOSmart 提供哪些 LoRaWAN 使用案例

MOKOSmart专注于提供 LoRaWAN解决方案 拥有十多年的经验. 我们的LoRaWAN用例主要包括以下. 当然, 还有更多解决方案, 您可以联系我们了解更多信息.

  • 蓝牙定位
  • 资产追踪解决方案
  • 室内 GPS 解决方案
  • 适用于所有行业的可穿戴物联网
  • 物联网智能电表
  • 冷链解决方案

 

作者——
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲欧娜, MOKOSMART 的技术作家和编辑, 以前花费 10 在物联网公司担任产品工程师多年. 自从加入我们公司, 她与销售人员密切合作, 产品经理和工程师, 深入了解客户需求. 融合深厚的行业经验并了解客户最想要的, Fiona 撰写了涵盖物联网基础知识的引人入胜的内容, 深入的技术材料和市场分析 - 与物联网领域的受众建立联系.
Fiona Kuan
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菲欧娜, MOKOSMART 的技术作家和编辑, 以前花费 10 在物联网公司担任产品工程师多年. 自从加入我们公司, 她与销售人员密切合作, 产品经理和工程师, 深入了解客户需求. 融合深厚的行业经验并了解客户最想要的, Fiona 撰写了涵盖物联网基础知识的引人入胜的内容, 深入的技术材料和市场分析 - 与物联网领域的受众建立联系.
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