什么是 LoRaWAN 技术及其工作原理

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什么是 LoRaWAN 技术及其工作原理

您是否正在考虑将 LoRaWAN 集成到您的物联网解决方案中? 在快速发展的物联网技术领域, LoRaWAN 在 LPWAN 领域脱颖而出,成为强大的参与者. 如果您的考虑倾向于用于工业或企业应用的 LoRaWAN 网络解决方案, 深入研究该协议的复杂性是至关重要的第一步. 在这篇文章中, 我们深入探讨 LoRaWAN 技术的所有关键方面. 加入我们,了解要点, 为您提供洞察力,为您的物联网企业做出明智的决策.

什么是 LoRaWAN 技术

LoRaWAN 代表远程广域网. 它是一种低功耗 WAN 协议,专为无线电池供电的设备和资产而设计. LoRaWAN 网络通常使用 433MHz 或 900MHz 频段等未经许可的频谱将设备长距离无线连接到互联网.

该技术基于称为 劳拉, 它使用线性调频扩频调制. 这种方法将信号传播到更宽的带宽上, 使其抗干扰能力强并具有远距离特性. Semtech 最初开发并维护了 LoRa 调制技术.

LoRaWAN添加网络层协议以实现终端设备和网关之间的双向通信. 然后网关通过 IP 连接到中央网络服务器. 该架构支持自适应数据速率等功能, 设备寻址, 安全, 漫游等. 使大规模部署成为可能.

劳拉联盟, 是一个开放的非营利协会,负责监督 LoRaWAN 标准 并推动全球采用. 已经结束了 500 全球各地设备制造商的成员, 运营商, 解决方案提供商推进部署.

和...之间的不同 LoRa和LoRaWAN

简单的说, LoRa仅指能够实现远距离通信的物理调制技术或信号编码方案. 它采用线性调频扩频调制和前向纠错的概念来实现超过 10 农村地区的英里数以及 3 城市里程.

LoRaWAN 协议在 LoRa 调制之上运行以管理数据通信, 实现双向交换并实现网络安全功能. 这包括数据速率优化等功能, 寻址方案, 实施 AES-128 加密并管理设备和网关之间的数据交换.

LoRa 是允许长距离信令的物理层调制方案, 而LoRaWAN定义了通信协议和标准. 将 LoRa 视为高速公路,使车辆能够快速长距离行驶, LoRaWAN 是控制高速公路有序、安全交通的交通标志和控制装置.

LoRaWAN 技术的工作原理

LoRaWAN 架构包括带有传感器的终端设备/节点, 网关, 网络服务器, 和应用服务器.

LoRa和LoRaWAN工作架构

端点通过 LoRa 链路与部署在室外(例如建筑物上)的网关进行连接, 塔, 等等. 网关接口回程连接(例如 WiFi), 以太网或蜂窝. 它们可以覆盖数英里长的范围,数据速率在 0.3kbps 至 50kbps 之间调整.

网关将消息从可能数百万台设备转发回中央网络服务器. 它管理安全等基本功能, 寻址, 设备配置文件, 成为公约成员并共同规划物联网的全球采用, 数据速率适配等. 它还可以删除重复消息并控制应用程序和设备之间的确认传递.

网络服务器通过 IP 连接将数据传递给应用程序服务器. 这是物联网应用程序和业务逻辑所在的位置, 解码传感器数据并将其与仪表板连接, 分析, 云服务等.

LoRaWAN 设备 A 类, 乙, & C

LoRaWAN 包含三种不同类型的终端设备,以满足各种应用中出现的不同需求:

A级: 最低功率, 和双向终端设备

这是允许端点随时传输上行链路的默认类别, 随后是两个短下行接收窗口. 由于上行链路通信是异步的,而下行链路遵循上行链路定时, 设备可以休眠以最大限度地延长电池寿命. 下行消息在服务器上缓冲.

B级: 一种具有确定性下行时延的双向终端设备

B 类设备按照与网络同步的预定时间间隔打开额外的接收窗口. 这可以降低下行链路延迟,但代价是更高的功耗. 确定性延迟可编程 128 秒使其适合电池操作.

C级: 最小延迟, 双向终端设备

以 A 类为基础, C 类保持接收器持续打开,除非发送. 这允许服务器随时下行链路,延迟接近零. 然而, 连续聆听功耗超过 50mW, 因此 C 类适合市电供电应用. 可以临时切换.

LoRaWAN 设备 A 类, 乙, & C

LoRaWAN 与 LoRaWAN 的比较. 其他 LPWAN 技术

广域网 空间, 物联网连接市场快速增长的一部分, 包括 SigFox, 广域网, NB-IoT, LTE-M, 链接实验室, 和失重. 其他协议,如 LTE-CAT M, IEEE P802.11AH, 和 Dash7 在 LPWAN 生态系统中也发挥着重要作用. 在这个部分, 我们将主要深入讨论前面提到的技术.

LoRaWAN 与 LPWAN 生态系统中的其他技术

 

  • 广域网

广域网, 由 LoRa 联盟管理, 其特点是其开放标准网络层并得到多元化行业联盟的支持. 在LoRa芯片上运行, 通过有效分配编码数据包,它在仅上行链路应用中表现出色, 减少碰撞和干扰. 尽管是开放标准, LoRaWAN 对 Semtech 芯片的全栈实施的依赖增加了一层排他性.

  • 西格福克斯

西格福克斯, 一家成立于 2009, 凭借通过低调制速率实现的扩展范围而脱颖而出. 作为专有技术, 对于需要不频繁和小数据突发的应用程序来说,SigFox 是一个不错的选择, 例如智能垃圾桶和停车传感器. 然而, 下行链路能力的限制和对信号干扰的敏感性给某些用例带来了挑战.

  • NB-IoT 和 LTE-M

NB-IoT 和 LTE-M 正在 LPWAN 领域兴起, 利用标准 LTE 连接. NB-IoT在能源效率和成本效益方面表现出色, 使其成为智慧城市应用的理想选择, 而 LTE-M 提供更高的数据速率. 两者之间的选择取决于具体应用; NB-IoT 非常适合智能电表, 而LTE-M可能对无人机或车辆更有优势.

  • 链接实验室

Link Labs 使用 LoRa 芯片,但引入了称为 Symphony Link 的私有 MAC 层. Symphony Link 在 LoRaWAN 上添加了一些重要的连接功能, 包括保证的无线固件升级, 消息接收, 中继器功能, 以及去除动态范围和占空比限制.

  • 失重

Weightless SIG 的使命是标准化 LPWAN 技术. 作为唯一真正开放的标准, Weightless 在低于 1GHz 的未授权频谱上运行. 3 Weightless 版本可用于不同目的:

失重-w: 利用空白 (许可电视频段中未使用的本地频谱)

失重-n: 源自 NWave 技术的非授权频谱窄带协议

失重-p: 源自 M2COMM 的 Platanus 技术的双向协议

Weightless N 和 P 是更受欢迎的选择,因为 Weightless W 的电池寿命更短.

LoRaWAN技术的优势

以下是 LoRaWAN 技术提供的一些突出优势:

  • 超低功耗: LoRaWAN设备可以在低功耗模式下运行,其电池可持续使用数年.
  • 卓越的范围: 远距离覆盖范围可达 10 农村地区的英里数以及 1-3 城市环境中的英里数
  • 室内深度渗透: LoRaWAN网络可以提供室内深度覆盖, 并轻松覆盖多层建筑.
  • 免费频谱许可: LoRaWAN 技术免费运行 (无牌) 频率, 无需额外的频谱许可费.
  • 大容量: 每个网关覆盖范围支持超过一百万台设备的网络容量.
  • 公共和私有部署: 使用相同的软件和硬件轻松部署私有和公共 LoRaWAN 网络 (终端设备, 网关, 天线).
  • 端到端的安全性: 强的 128 位 AES 端到端加密,确保强大的安全性.
  • 低成本: 设备和操作成本极低,非常适合大型设备部署
  • 生态系统: LoRaWAN 拥有非常庞大的设备制造商生态系统, 应用程序开发人员, 网络服务提供商, 和解决方案供应商.

LoRaWAN 技术的用例

以下是一些非常适合 LoRaWAN 的有前途的用例类别:

LoRaWAN 技术的用例

智慧城市 & 公用事业

城市可以有效连接仪表等民用基础设施, 垃圾箱, 路灯, 污染监测仪. 甚至车辆和公共汽车跟踪也是可行的,可实现智能交通. 对于公用事业公司, 大规模智能计量在跨越天然气领域是高度可行的, 电表和水表.

供应链 & 后勤

物流公司可以跟踪位置, 集装箱的状况和移动, 跨多个仓库和运输途中的托盘. 冷链可以确保易腐货物的完整性. 港口作业可以跟踪起重机, 车辆, 货物等.

智慧农业 & 农业

LoRaWAN 传感器可以在农场中扩散, 果园和葡萄园监测土壤湿度, 作物环境, 通过电池传感器全年存储条件. 动物健康和定位可穿戴设备也正在兴起.

资产管理 & 追踪

设备等有价值的资产, 可以跨位置监控设备的温度等参数, 冲击, 运动等. 提高安全性, 利用率和寿命. LoRaWAN 标记的托盘, 盒子简化了仓库.

工业物联网 & 传感器监控

工厂可以部署可靠的, 用于跟踪资产的长距离传感器, 跨楼层的安全指标和产品质量指标,无需电线或电池更换. 即使是管道等远程站点, 钻机等. 可以测量.

智能医疗 & 医疗类

医院可以使用 LoRaWAN 有效连接医疗设备和轮椅等资产,以更好地跟踪和利用. 住院期间患者腕带通过监测运动有利于工作流程. 辅助生活设施还受益于位置和跌倒检测功能,提高了安全性.

适用于您的应用的 MOKOSmart LoRaWAN 传感器

MOKOSmart 提供各种支持 LoRaWAN 的传感器,非常适合许多远程低功耗物联网应用. 一些可能有用的 MOKOSmart LoRaWAN 传感器包括:

LoRaWAN PIR 运动传感器: 检测运动并可用于占用监控, 入侵者警报, 自动化触发器, 和更多.

LoRaWAN GPS追踪器: 跟踪资产的实时位置,还可以监控温度和移动情况. 对于车队管理很有用, 资产追踪, 和防盗.

LoRaWAN温湿度传感器: 监控环境温度和湿度水平. 非常适合冷链物流, 暖通空调监控, 存储单元跟踪, 和环境分析.

LoRaWAN 紧急按钮: 紧急警报按钮,按下时可以通知人员问题或激活紧急响应系统.

LoRaWAN 停车传感器: 检测停车位中是否有车辆. 支持智能停车应用和分析.

LoRaWAN 智能徽章: 跟踪人员的实时位置,还可以充当发送警报的紧急按钮. 非常适合劳动力管理, 访问控制, 和安全应用.

如何开始使用 LoRaWAN 技术

部署 LoRaWAN解决方案 从概念验证到大规模推广, 主要步骤通常包括:

  • 研究 LoRaWAN 是否满足可靠性, 范围和电池寿命
  • 了解公共网络的覆盖选项, 社区网络或私人部署
  • 选择 LoRa 模块和 LoRaWAN 传感器等硬件
  • 检查本地网络服务提供商的可用性或部署自己的网关
  • 通过网关将终端设备硬件连接到 LoRaWAN 网络服务器
  • 开发设备应用程序以及物联网应用程序与云服务的集成
  • 测试覆盖范围以及预期部署条件下的传感器性能

LoRaWAN 覆盖范围和设备选项迅速扩展, 现在是探索您自己的创新 LoRaWAN 用例的好时机.

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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