Vollständiges Verständnis von LoRa und LoRaWAN

LoRa ist eine drahtlose Funktechnologie mit großer Reichweite. Induzieren, Weitverkehrsnetze mit geringem Stromverbrauch (LPWANS) um Daten über eine größere Reichweite von bis zu zu übertragen 10 km. LoRaWAN ist ein lizenziertes und lizenzfreies LPWAN-Frequenzprotokoll, über das das durch die Lora-Technologie induzierte IoT (Internet der Dinge) Konnektivität wird erreicht.

Einführung

Du denkst vielleicht, Die Globalisierung der Welt verlangsamt sich nicht so schnell. Rate nochmal. Der Prozess ist nicht so reibungslos, wie man denkt. Globalisierung ist einfach, Dis-Isolation. Und damit das passiert, Zwischen technologischen physikalischen Geräten muss eine optimale Kommunikation erreicht werden, Sensoren, elektronische Geräte und Software auf der ganzen Welt über geeignete Übertragungskanäle, in einem Prozess, der als bekannt ist Konnektivität zum Internet der Dinge. Die zunehmende Zahl und die zunehmende Technizität technologischer Geräte ohne gleiche Fortschritte in ihren Kommunikationsmitteln oder -techniken führten zur Globalisierung und IoTs Konnektivitätsdilemma LÖRein und LORAWAN wurden entwickelt, um zu lösen.

Was ist LÖRein?

LoRa ist eine Technologie, die eine LPWAN-Umgebung von LoRaWAN bereitstellt, über die Geräte mit geringer Leistung Daten mit Chirp-Spread-Spectrum-moduliertem Funk lizenzfreien und lizenzierten Frequenzen über eine sehr große Reichweite von mehreren zehn Kilometern übertragen können. Das Wort LoRa ist ein Akronym, das aus den ersten beiden Buchstaben der Wörter gebildet wird Esng ausge. Lora-Technologie fungiert als Modulation für Low-Power-Wide-Area-Netzwerke (LPWANS) und es beeinflusst die Übertragung und Kommunikation dieser Netzwerktypen auf folgende Weise::

• LoRa standardisiert Wide Area Networks (WANS) indem sie ihre Kommunikationsreichweite um bis zu einige Kilometer erhöhen. Es tut es und gleichzeitig reduziert den Energiebedarf für die Übertragung. LoRa und LoRaWAN können dies erreichen, indem sie die Anzahl der bei der Übertragung verwendeten Bandbreiten verringern.
• Die Chip-Spreizspektrum-Modulation der Frequenzen der LoRa-Technologie, erhöht die Effizienz der Datenübertragung, indem die Wahrscheinlichkeit der Störungen auf fast . reduziert wird 0%.

Die Lora-Technologie besteht aus zwei Hauptteilen, die als eine Einheit zusammenarbeiten.

• Die LoRa-Technologie oder physische Schicht: Die physikalische LoRa-Schicht ist die Hardwareschicht, die die Verbindung – in Form eines LoRa-Chips, der die elektrische Speziation der Daten angibt – definiert, über die die Kommunikation von Geräten in einer IoT-Verbindung erfolgen kann.
• Das Protokoll, auch als Kommunikationsschicht bekannt – die auf der physischen LoRa-Schicht aufbaut – die die Sicherheit regelt, Integrität und andere damit zusammenhängende Faktoren der übertragenen Daten und überwacht auch den durch die LoRa-Technologie induzierten Kommunikationsprozess in einem IoT-Projekt.

Obenstehendes LoRa vs LoRaWAN ’s Erklärung lässt uns erkennen, dass die Kombination der LoRa + LoRaWAN macht das gesamte LoRa-Kommunikationsnetzwerk zu einem Low-Powered Wide Area Network (LPWAN).

Wie genau fungiert LoRaWAN als LPWAN? Sie fragen sich vielleicht.

LoRaWAN-Netzwerkgrundlagen

Die LoRa-Technologie nutzt viele Low-Power-Wide Area Networks, aber, LoRaWAN wird häufiger verwendet als andere.

Das LoRaWAN-Netzwerk ist für das Kommunikationsprotokoll des LoRa-Systems verantwortlich, das Folgendes umfasst:, Gewährleistung der Sicherheit und Integrität der über die LoRa-Technologie übermittelten Daten. LoRa und LoRaWAN sind Tochtergesellschaften der LoRa Alliance. Mit Hilfe der LoRa-Technologie, LoRaWAN hilft bei der Übertragung Ihrer Daten über eine durchschnittliche Entfernung von 9 km. Das LoRaWAN hat eine Netzwerkarchitektur einer sterntopologischen Verbindungsstruktur. Konfiguriert, um die optimale Übertragung von Daten bei der Kommunikation zwischen dem Netzwerkserver und den sensorischen LoRa-Knoten zu ermöglichen.

Im LoRaWAN-Netzwerk werden Daten über Funkfrequenzen kommuniziert, es könnte sich entweder um lizenzfreie Frequenzbänder handeln, die spezifisch für bestimmte Regionen sind, wie z; 915 MHz und 868 MHz für Nordamerika bzw. Europa. ODER, die Daten könnten über lizenzierte Frequenzbänder übertragen werden.

Du denkst vielleicht und natürlich, Es ist vernünftig anzunehmen, dass eine Menge Energie und Kraft verbraucht wird, um eine solche Leistung zu vollbringen.

Erraten Sie, was?

Du liegst falsch. Der Stromverbrauch ist im Vergleich zu anderen Kommunikationsnetzen geringerer Reichweiten deutlich geringer.

Wie wurde das erreicht? Sie fragen sich vielleicht.

Ein bestimmtes wissenschaftliches Gesetz leitete daraus ab, dass die Reichweite eines bestimmten Weitverkehrsnetzes nur durch Erhöhung des Stromverbrauchs oder durch Reduzierung der Bandbreite erhöht werden kann.

Mit anderen Worten, Das LoRaWAN-Netzwerk ermöglicht es Ihren stromsparenden elektronischen Geräten, über eine drahtlose Verbindung mit großer Reichweite mit Anwendungen mit Internetzugriff zu kommunizieren.

LoRaWAN-Technologie-Stack

Der technologische LoRaWAN-Stack ist ein technologischer LoRaWAN-Server, der mit Funktionen ausgestattet ist, die einfach in das LoRaWAN-Netzwerk integriert und zur Verwaltung der Gateways des Netzwerks verwendet werden können, Benutzer, Geräte und Anwendungen. Die spezifischen Merkmale des technologischen LoRaWAN-Stacks sind in der Regel markenspezifisch, obwohl, ein typischer LoRaWAN-Technologie-Stack sollte mit dem A . kompatibel sein, B, C-Betriebsmodi, alle regionalen Parameter und auch alle Versionen von LoRaWAN.

Einige andere Funktionen, die allen technologischen LoRaWAN-Stacks gemeinsam sind, umfassen:

• Sicherheitsgarantie; LoRaWAN-Technologie-Stacks bieten und verwalten die Sicherheit des LoRaWAN-Netzwerks durch modernste Verschlüsselungssicherheit und Gewährleistung der Identitätsbestätigung, bevor einem Benutzer eine Sitzung im LoRaWAN-Netzwerk gewährt wird.
• Das Design der LoRaWAN-Stacks ermöglicht es ihnen, als Standardintegration in LoRaWAN-Protokolllösungen zu dienen.
• LoRaWAN-Stacks können verwendet werden, um LoRaWAN-Netzwerk-Gateways zu konfigurieren und zu optimieren, um die Effizienz zu verbessern, Reduzieren Sie den Stromverbrauch und damit, Kosten.

Einige Beispiele für LoRaWAN-Stacks-Marken sind The Things Network Stack V3, Semtech LoRaWAN-Netzwerkstacks usw..

LoRaWAN-Netzwerkelemente: Eine Einleitung

LoRaWAN ermöglicht Ihnen eine stabile Internetverbindung mit Geräten mit geringem Stromverbrauch

Das LoRaWAN-Netzwerk funktioniert durch das kollektive Funktionieren verschiedener Elemente. Einige davon beinhalten:

• Die Frequenz, über die die Kommunikation erfolgt. Die Frequenzen können entweder lizensiert oder lizenzfrei sein.
• Endknoten oder Geräte: Ein Endknoten ist ein Gerät oder ein Objekt, das mit einem Frequenzsender und anderen Funktionen ausgestattet ist, die es ermöglichen, mit einem LoRaWAN-Gateway mit geringem Stromverbrauch zu kommunizieren.
• Tor: Signalempfangs- und -sendeantennen.
• Network Serve steuert die Software, die das ordnungsgemäße Routing aller übermittelten Daten überwacht.
• Anwendungssoftware, die auf dem Netzwerkserver ausgeführt wird.

LoRa-basierte Endgeräte

LoRa-basierte END-Geräte, auch LoRa-Endknoten genannt. Ein LoRa-Endknoten ist ein Gerät, das normalerweise batteriebetrieben ist und mit Komponenten ausgestattet ist, die es verleihen, Merkmale, ermöglicht die Kommunikation mit einem LoRa-Gateway in einem LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerk.

LoRa-basierte Endgeräte sind mit einer LoRa-Knotenplatine, einem Funkmodul und gedruckten Antennen für die drahtlose Signalkommunikation mit dem LoRa-Gateway ausgestattet.

LoRa-Knoten sind auch mit Sensor-Mikroprozessoren zum Erfassen und Verarbeiten von Signalen und spezifischen Änderungen und Aktionen ausgestattet.

Einige LoRa-basierte Endgeräte sind mit Sensoren ausgestattet, die;

• Temperatur erkennen,
• Kann Bewegungen erkennen und aufzeichnen
• Kann einen Sturz erkennen

Notiz: Im LoRaWAN-Netzwerk, Zwei LoRa-basierte Endgeräte kann nicht kommunizieren direkt ohne die Verwendung eines LoRa-Gateways.

LoRa-Gateways

EIN LoRa-Gateway ist ein elektrisch betriebenes Gerät in der LoRa- und LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerkverbindung, das die von den Endknotengeräten übertragenen Signale akzeptieren kann, Verarbeiten Sie das Signal und leiten Sie es dann an die entsprechende LoRa-Anwendung weiter. Eine typische LoRaWAN-Netzwerkverbindung umfasst normalerweise mehr als ein Gateway.

LoRa Gateways sind mit den folgenden unten aufgeführten Funktionen und Komponenten ausgestattet;

• Ein Mikroprozessor zur Verarbeitung von Daten.
• Eine Platine mit einem Funkmodul, zur Kommunikation von Funkfrequenzen verwendet.
• Ein Ethernet-Port und ein Kabel, das den Gateways den Zugriff auf das Internet ermöglicht.

LoRa-Gateways sind so konzipiert, dass sie gleichzeitig zahlreiche Funkfrequenzen abhören.

Es sind verschiedene Marken von LoRa-Gateways verfügbar, von denen jede zusätzlich zu diesen allgemeinen Funktionen spezifische Funktionen hat.

LoRa-Netzwerkserver

• LoRa-Netzwerkserver überwacht und verwaltet den gesamten Kommunikationsprozess. Sie sind in der Regel Cloud-basierte Plattformen des LoRaWAN-Netzwerks und durch die auf dem Cloud-System installierte Anwendungssoftware hauptsächlich für sie verantwortlich:
• Gewährleistung der Sicherheit der LoRaWAN-Verbindung, indem sichergestellt wird, dass der Anwendungsserver die Authentizität der Identität jedes Benutzergeräts ordnungsgemäß überprüft, bevor ein Server gewährt wird, und auch Störungen verhindern.
• Überwachung und Sicherstellung des ordnungsgemäßen bidirektionalen Routings von Daten. Das ist, entweder von den END-Knoten zu den spezifischen LoRa-Anwendungen mit dem UPLINK oder Datenkommunikation von LoRa-Anwendungen zu den Endknoten.
• Optimierung der Batterielebensdauer von LoRa-basierten Endgeräten, um ihre Batterielebensdauer zu erhalten und auch die Integrität und Effizienz des gesamten LoRa- und LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerks zu erhalten.

Ein LoRa-Netzwerkserver muss mit allen verfügbaren Versionen von LoRaWAN kompatibel sein.

LoRa-Anwendungsserver

Die Hauptfunktion des LoRa-Anwendungsservers besteht darin, die von den LoRa-Endknoten an die LoRa-Anwendungen übertragenen Daten zu decodieren und zu verarbeiten und die von den LoRa-Anwendungen an die Endknoten gesendeten Daten zu verschlüsseln. Die meisten Marken von LoRa-Anwendungsservern bieten Ihnen die Flexibilität, Ihr persönliches Datenverwaltungs-Cloud-System einfach mit dem Lora-Netzwerk zu verbinden.

LoRaWAN-Netzwerkelemente: Geräteinbetriebnahme

Damit einem Gerät eine Sitzung im LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerk gewährt werden kann, muss die Identität durch ein Beitrittsverfahren bestätigt werden, das einen Aktivierungsprozess beinhaltet, bei dem bestimmte Schlüssel und Codes generiert und mit dem Gerät geteilt werden, um es in ein LoRa-Endknotengerät zu kommissionieren.

LoRaWAN-Netzwerkelemente: Sicherheit

LoRaWAN verfügt über ein sehr standardisiertes Verschlüsselungs- und Sicherheitssystem. Das LoRa-Sicherheitssystem ist in zwei große unterschiedliche, aber miteinander verbundene Schichten unterteilt.

Sie werden Netzwerk- und Anwendungssicherheit genannt. Die Netzwerkverschlüsselungsschicht beauftragt die LoRa-Endknotenidentität und -integrität.

Die Anwendungssicherheit stellt sicher, dass der Besitzer der von Ihnen verwendeten Netzwerk-Cloud keinen Zugriff auf Ihre Daten hat, als Endverbraucher.

Das LoRaWAN-Netzwerk ist auch in zwei weitere unterschiedliche Schichten fortschrittlicher Verschlüsselungscodes integriert. Sie sind:

• Ein einzigartiger 128-Bit-Algorithmus Netzwerksitzungsschlüssel die zwischen den LoRa-Endknoten und dem Netzwerkserver geteilt und von diesen erkannt wird.
• Ein einzigartiger Algorithmus mit 128-Bit-Anwendungssitzungsschlüssel, der auf dem Anwendungshebel in einer End-End-Verbindung erkannt und geteilt wird.

Das LoRaWAN-Kommunikationsprotokoll verschlüsselt die im LoRaWAN-Netzwerk übertragenen Daten. Da die Daten über normale Funkfrequenzen übertragen werden, müssen sie mit einem anderen Mechanismus oder Protokoll verschlüsselt werden. Alle Daten im LoRaWAN-Netzwerk werden normalerweise zweimal verschlüsselt.

In einem typischen LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerk umfasst der Verschlüsselungsdatenfluss:

• Die Endknoten verschlüsseln zunächst die Daten, die sie über ihre Sensoren gesammelt haben.
• Die Node-verschlüsselten Daten werden dann mit einer zweiten Verschlüsselungsschicht durch das LoRaWAN-Protokoll codiert.
• Dann werden die Knoten- und LoRaWAN-Protokoll-verschlüsselten Daten an das LoRa-Gateway gesendet, das die Daten wiederum über das Internet an die LoRa-Anwendungen überträgt.
• Der Netzwerkserver, der diese Übertragung verwaltet und auch die Netzwerksitzungsschlüssel mit den Endgeräten teilt, decodiert dann die Knotenverschlüsselung mit den Netzwerksitzungsschlüsseln, die er besitzt, und überträgt die Daten an den Anwendungsserver.
• Die verbleibende Knotenverschlüsselung der Daten wird dann vom Anwendungsserver mit dem Anwendungssitzungsschlüssel entschlüsselt.

Das LoRa-Join-Verfahren

Die Aktivierung eines neuen Geräts, das dem LoRa-Kommunikationsnetzwerk beitritt, kann durch einen der beiden unten aufgeführten Prozesse abgeschlossen werden:

• Aktivierung durch Personalisierung (ABP)
• Over-the-Air-Aktivierung (OTAA)

Am Ende des Aktivierungsprozesses, Sowohl der Netzwerksitzungsschlüssel als auch der Anwendungssitzungsschlüssel wären mit dem neuen Gerät geteilt worden, was jetzt als Endknotengerät bezeichnet werden würde.

Aktivierung durch Personalisierung (ABP)

Die ABP-Methode zum Beitritt zum LoRa-Netzwerk beinhaltet das Hinzufügen eines neuen Geräts ohne bestimmte Sitzungsschlüssel wie AppEUI, DevEUI, etc. mit ihm geteilt. Stattdessen, die Sitzungsschlüssel einschließlich, FNwk_SIntKey und etwa drei weitere, würde direkt im Endgerät gespeichert. Ein Gerät kann nur über den ABP-Prozess aktiviert werden, wenn es bereits über die erforderlichen Informationen zur LoRa-Netzwerkteilnahme verfügt, am Start.

Over-the-Air-Aktivierung (OTAA)

Das Over-the-Air-Aktivierungsverfahren beinhaltet die direkte Kommunikation zwischen einem Endgerät mit dem Netzwerkserver. Dieser Aktivierungsprozess wird nur beim Zurücksetzen des Endgeräts gewählt.

Der OTAA-Prozess umfasst:

• Das neue Gerät sendet eine spezifische Anfrage an das LoRaWAN-Netzwerk an den LoRa-Netzwerkserver.
• Der Netzwerkserver empfängt die Nachricht und interpretiert sie entweder als ungültig oder gültig. Falls gültig, ein Authentifizierungs- oder Sitzungsschlüssel wird generiert

LoRa-Geräteklassen

Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von LoRa haben dazu geführt, dass verschiedene LoRaWAN-Geräte in verschiedene Klassen eingeteilt wurden.

Die drei Klassen von LoRa-Geräten sind Klasse A, B und C.

KLASSE A LoRa-Geräte

Für die Initiierung der Kommunikation in einem LoRaWAN-Netzwerk sind ausschließlich Endgeräte der Klasse A verantwortlich. Der Netzwerkserver ist nicht in der Lage, die Kommunikation in einer Klasse-A-Kommunikation zu initiieren. Das Endgerät der Klasse A initiiert die Kommunikation, indem es Daten über ein bestimmtes Funkfrequenzband an die LoRa-Anwendungen sendet. Es hört dann zu und wartet auf die Daten, die über diese bestimmte Frequenz empfangen werden. Wenn das LoRa-Gateway die Informationen nicht empfangen kann. Das Endknotengerät hört dann auf einer anderen Frequenz, mit der die LoRa-Gateways und Netzwerkserver besser vertraut sind. Um zu überprüfen, ob die Daten über diese Frequenz akzeptiert wurden, anstatt über die, über die sie übermittelt wurden.

• Alle LoRaWAN-Endgeräte müssen die Klasse A unterstützen können.
• Klasse-A-LoRa-Geräte sind bidirektional, wobei jede Uplink-Datenübertragung von den Endgeräten an die LoRa-Anwendung von zwei kurzen Downlink-Datenübertragungen von der Anwendung an die Endknoten begleitet wird.
• Der ALOHA-Protokolltyp wird in Klasse-A-LoRa-Geräten beobachtet
• Geräte der Klasse A sind sehr effizient, da die Leistungsaufnahme optimiert werden konnte und somit, kann auf der niedrigsten Leistungsstufe aller Klassen betrieben werden.

Klasse B LoRa-Geräte

Klasse B LoRa-Geräte sind batteriebetrieben und trotzdem, ähnlich im Betrieb wie Klasse A, es verbraucht mehr Strom im Vergleich zu Klasse A. Weil, das Endgerät wechselt nicht automatisch in den Ruhezustand, wenn nicht nach verbundenen Signalen gesucht wird. Es werden zeitweise Verbindungsfenster geöffnet, um Daten zwischen den LoRa-Gateways und dem Endgerät in einer bestimmten periodischen Synchronisation miteinander zu kommunizieren.

Klasse C LoRa-Geräte

LoRa-Geräte der Klasse C haben den höchsten Stromverbrauch unter allen LoRa-Endgeräteklassen. Die Endgeräte senden immer aktiv Signale über Funkfrequenzen an die LoRa-Gateways und horchen gleichzeitig nach Frequenzen. LoRa-Geräte der Klasse C sind Endknoten, die Ihnen die Flexibilität und den Komfort bieten, jederzeit Daten senden zu können.. Geräte der Klasse C sind auch batteriebetrieben.

Der Identitätsserver

Der Identitätsserver ermittelt die Identität der Benutzer, die dem LoRa-Netzwerk beitreten. In einem LoRaWAN-Netzwerk, der Identitätsserver registriert Geräte, Gateways, Benutzer und Anwendungen. In gewisser Weise, die Identität ist das Rückgrat des LoRaWAN-Netzwerks, da sie es ermöglicht, auf mehreren Geräten und an verschiedenen Standorten auf der Welt ausgeführt zu werden.

Modulation

LoRa ist ein patentiertes Modulationsprojekt von Spread Spectrum, das von Chirp Spread Spectrum abgeleitet wird. Das Chirp-Spreizspektrum moduliert die Frequenz des LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerks, indem es die Datenrate der Übertragung innerhalb einer bestimmten Bandbreite für Empfindlichkeit austauscht. Dies optimiert die Effizienz des Netzwerks und erweitert gleichzeitig die Kommunikationsreichweite des LoRa-Netzwerks bei gleichzeitiger Beibehaltung einer bestimmten Bandbreite.

FHäufigkeit

Das LoRaWAN-Netzwerk überträgt Kommunikation über drahtlose Funkfrequenzbänder, die entweder lizenziert oder nicht lizenziert werden können. Die lizenzfreien Funkfrequenzen sind kostenlos, aber, sind störanfälliger als lizenzierte Frequenzen.

Das Geheimnis der Effektivität der LoRa- und LoRaWAN-Kommunikation ist das geniale Design des LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerks, das das Chip-Spread-Spektrum verwendet, um die Frequenzen zu modulieren, während die Daten über eine bestimmte Frequenz übertragen werden. Sodass, sogar LoRa-Kommunikation über lizenzfreie Hochfrequenz, da wenig bis keine Interferenzen möglich. Gleichzeitig wird die Verbindung kostengünstiger, aber auch effizienter und ermöglicht die Übertragung der Daten über große Reichweiten.

In LoRa- und LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerken, die spezifischen Frequenzen können über LoRa-Funkgeräte und LoRa-Uhren konfiguriert werden, die für viele verschiedene LoRa-Anwendungen spezifisch sind.

Einige Beispiele für lizenzfreie MHz-Funkfrequenzen.

Asien: 169MHz, 433MHz

Nordamerika: 915 MHz

Regulatorische Überlegungen für LoRa mit lizenzfreier Frequenz

Da LoRa und LoRaWAN Datenkommunikation über Funkfrequenzbänder übertragen. LoRa Network nutzt hauptsächlich die lizenzfreien Frequenzen, das ist, für diese Frequenzen benötigen Sie keine staatliche Lizenz, um Signale zu übertragen. Die lizenzfreien Frequenzen sind spezifisch für jede geografische Region und jeden Standort. Aus Sicherheits- und Effizienzgründen. Die Regierung jeder Region missbilligt die Ausstrahlung über das Frequenzband, das nicht für Ihren Standort angegeben ist. Deswegen, bei Nutzung des LoRa-Netzwerks, Ihre LoRa-Radios und -Uhren müssen auf die für Ihren Standort spezifischen Frequenzbänder konfiguriert sein.

Berücksichtigung der LoRaWAN-Bandbreite

Datenbytes in ihrem digitalen Format werden im LoRaWAN-Netzwerk übertragen.

LoRaWAN-Netzwerk Die Datenübertragungsrate hat eine Grenze von ca 100 Bytes, nur so viel Datenlast kann gleichzeitig effektiv zwischen einem einzelnen Endgerät und dem Gateway kommuniziert werden. Obwohl das LoRaWAN-Netzwerk oft die gleichzeitige Kommunikation zwischen mehreren Endknotengeräten und einem einzigen Gateway beinhaltet.

Adaptive Datenrate

Die Datenrate des LoRaWAN-Kommunikationsnetzes ist adaptiv im Sinne seiner Dynamik beim Austausch der Datenrate für mehr Sensibilität und auch die Netzwerkauswahl nur bestimmter Daten, was zu einer reduzierten Datenrate innerhalb der LoRaWAN-Kommunikation führt. Die Spread-Spektrum-modulierte LoRaWAN-Frequenz verhindert, dass sich die unterschiedlichen Datenraten gegenseitig stören. Damit, Optimierung der Effizienz der Gateways und des Gesamtnetzes.

LoRa-Bereich

Die LoRa-Technologie basiert auf der Reduzierung der Bandbreitenkonzentration, um die Reichweite zu erhöhen und den Stromverbrauch für die Übertragung kleiner Daten über große Entfernungen zu reduzieren.

LoRa-Range kann auch durch den physischen Standort beeinflusst werden. Die Reichweite einer bestimmten LoRaWAN-Version wird in einer urbanisierten Gemeinschaft mit Gebäudeclustern kürzer sein, im Vergleich zu einer ländlichen Gemeinde, die immer weniger Nebengebäude hat und daher, weniger Chancen auf eine Behinderung der Übertragungsfrequenz.

Ist LoRaWAN besser als seine Konkurrenten??

Die Kommunikationsnetze LoRa und LoRaWAN sind einfach besser als andere.

LoRaWAN, abgesehen davon, dass es das am weitesten verbreitete drahtlose Weitverkehrsnetzwerk mit geringem Stromverbrauch ist, andere LPWAN-Konnektivitätsoptionen wie NB-IoT sind nicht so kostengünstig wie LoRaWAN. Die Bandbreite des LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerks ist relativ niedriger als bei anderen LPWANs und dies gewährt ihm im Vergleich zu seinen Konkurrenten eine größere Abdeckung und eine größere Reichweite. Ebenfalls, LoRaWAN kann im Vergleich zu seinen Konkurrenten aus der Landwirtschaft in einem breiteren Bereich von Feldern eingesetzt werden, bei der Anwendung von LoRaWAN in intelligenten Wasserzählern für die Bewässerung von Industrien und normalen Haushaltsgeräten. LoRaWAN-Sensoren und -Technologie werden auch in die Smart-Building-Anwendung ausgeweitet, bei der die LoRa-Technologie zur Überwachung bestimmter atmosphärischer Bedingungen verwendet werden kann, wie z; Temperatur, Feuchtigkeit. Die Anwendung der LoRa-Technologie bei der Sicherheit und allgemeinen Instandhaltung von Gebäuden findet ebenfalls schnell Anwendung. Wohingegen, die Anwendung anderer LPWANs ist im Vergleich sehr eingeschränkt.

Funktionen von LoRa und LoRaWAN

• Das LoRaWAN-Netzwerk hat eine Bandbreite von 125 kHz
• Der minimale Durchschnitt der Akkulaufzeit von LoRa-basierten Endgeräten beträgt 7 Jahre.
• Die Gateways haben einen Spitzen- und Ruhestrom von ca. 32 Milliampere bzw. 1 Mikroampere.
• Alle im LoRaWAN-Netzwerk übertragenen Daten werden doppelt verschlüsselt
• Geräte können im LoRaWAN-Netzwerk mit geringem Stromverbrauch über eine sehr große Reichweite von ca. 10Km . kommunizieren und Daten übertragen.
• Im LoRaWAN-Netzwerk, Daten werden über Funk übertragen (Lizenzfreie Frequenzbänder werden häufiger verwendet)
• Das LoRa-Netzwerk besteht aus Komponenten wie Endknoten, Gateways, Netzwerkserver, Identitätsserver, LoRa-Anwendungen und -Software.
• Das LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerk ist sehr kostengünstig.

Vorteile von LoRaWAN

• Ein LoRa-Gateway kann effektiv mit mehreren Endknotengeräten kommunizieren und Daten austauschen
• Interferenzen werden durch die Chirp-Spread-Spectrum-Modulation auf vernachlässigbare Störungen reduziert.
• Die LoRaWAN-Technologie ist mit fortschrittlichen Verschlüsselungsschichten sehr sicher.
• Die LoRa-basierten Endgeräte haben sehr lange Akkulaufzeiten.
• Das LoRaWAN-Netzwerk hat eine einfache und leicht verständliche Topologie.
• Die Frequenzen, über die die Daten übertragen werden, sind kostenlos lizenziert, was die Betriebskosten erheblich reduziert.
• Die LoRa-Technologie hat eine sehr große Reichweite der Datenübertragung, meist mehrere Kilometer.
• Der Stromverbrauch bei der Datenkommunikation ist sehr gering und konservativ.

Nachteile

• Die Datenrate des LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerks ist niedrig.
• Die Kanäle der Datenübertragung der nicht lizenzierten Frequenzbänder können anfällig für Störungen sein.
• Das Design des LoRaWAN-Netzwerks unterstützt nicht die Übertragung großer Datenmengen.

LoRaWAN HGeschichte

LoRa existiert seit zehn Jahren und wurde von hundert Millionen Geräten weltweit übernommen, Steigerung der Nutzung von IoT.

In 2009, zwei Freunde, die das gleiche Ziel hatten (Aufbau einer Technologie mit großer Reichweite, Low-Power-Modulation) in Frankreich kennengelernt. Nicholas Sornin und Olivier Seller haben trotz der Rückschläge ihre Zeit und ihr Engagement in diese Entwicklung investiert. Dieses Duo kam in Kontakt mit François Sforza, der später ihr Partner wurde.

Im Mai 2012, Semtech kaufte Cycleo aus Überzeugung von den Fähigkeiten von LoRa und im Februar 2015, Die LoRa Alliance wurde gegründet und das Protokoll wurde dann LoRaWAN . genannt. Ein Ziel von Semtech ist es, den Entwicklungsprozess des IoT durch die Bereitstellung neuer Dienste und Produkte zu vereinfachen und zu beschleunigen. Dies macht LoRa und LoRaWAN zur besten Wahl für den Aufbau und die Verwaltung von IoT.

LoRa und LoRaWAN in ein nutshell

LoRa ist eine Frequenzmodulationstechnologie, die für die drahtlose Local Area Intercommunion entwickelt wurde und zur Klasse der LPWAN-Verkabelungstechnologie gehört.

LoRa, ein drahtloses Hochfrequenzsystem gehört zu Semtech. Dies ist eine e Säule der LoRa Alliance. Seit der Gründung der LoRa Alliance in 2015, die anzahl der mitarbeiter, die dem team beitreten, ist stetig gestiegen.

LoRa und LoRaWAN in Context

LoRa und LoRaWAN funktionieren im Vergleich zu Mobilfunknetzen auf einer niedrigen Frequenz. Dies wird als nicht lizenziertes Spektrum bezeichnet. Global, viele Leute benutzen LoRa und LoRaWAN, hauptsächlich die europäischen Telekommunikationsunternehmen und -betreiber

Um sicherzustellen, dass das LoRaWAN-Netzwerk viele Länder abdeckt, Mobilfunkbetreiber widmeten ihre Zeit ihrer Entwicklung. Trotz dieses, das LoRaWAN-Netzwerk kann bestimmte Länder nicht abdecken. Dies liegt an der Marktlage und seiner Geschichte.

Das sich entwickelnde LAPWAN-Ökosystem und LoRa, LoRaWAN

Das LPWAN-System entstand vor Jahren. jedoch, es hat erst vor ein paar jahren auf sich aufmerksam gemacht. Das ist wegen:

• Mit der Hinzufügung von zellularem LPWAN, die Rate, mit der Menschen LPWAN annehmen, ist hoch.
• LPWAN auf zellulärer Ebene hat viele Reaktionen ausgelöst.
• Der LPWAN-Markt erlebt ein hohes Wachstum. Auf dem nicht zellularen Markt, de facto entwickelt und durchläuft Evolution und ist eher jung. So, trotz begrenzter Fläche im IoT-Markt, LPWAN verzeichnet hohes Wachstum.

Einige Betreiber ziehen es jedoch vor, zellular und nicht zellular zu mischen, wo sie können. Orange bevorzugt LoRaWAN und LTE-M als Ergänzungen statt Konkurrenten.

Der niedrige Bereich, Leistung und Bandbreite als LoRaWAN SStandard:

Bei einer französischen Firma namens Cycleo, Ingenieure arbeiteten an der Frequenzwellentechnologie, die LoRaWAN hervorbrachte. Nach einigen Verhandlungen, von 2012, SEMTECH hatte bereits Cycleo . gekauft. LoRaWAN wurde offiziell von der LoRa Alliance entwickelt und steht für das MAC-Layer-Protokoll. Das LoRaWAN-Protokoll wird von über siebzig Betreibern verwendet und LoRaWAN IoT wurde in mehr als hundert Ländern vertrieben. LoRaWAN nutzt regionalspezifische lizenzfreie Frequenzen.

DDifferenz zwischen LoRa und LoRaWAN

LoRa vs LoRaWAN können zunächst in Bezug auf OSI-Schichten untersucht werden, es gibt einen Unterschied zwischen LoRa und LoRaWAN. Es gibt jedoch verschiedene Ebenen dieses Modells. Die erste ist die physikalische Schicht, die LoRa, die Fernkommunikationsverbindungen ermöglicht. LoRaWAN hat mit dem Kommunikationsprotokoll und der Struktur des Systems zu tun. Einfach, LoRaWAN ist das WAN-Netzwerk.

LoRaWAN im öffentlichen Netz und im privaten Netz

LoRaWAN wurde für Anwendungen und Sensoren entwickelt, die nur durch das Senden und Empfangen kleiner Datenmengen gelegentlich über weite Entfernungen innerhalb von Stunden funktionieren können. Das Netzwerk wird hauptsächlich durch die Zugänglichkeit der Benutzer bestimmt. Dieses Netzwerk kann privat oder öffentlich sein.

Das öffentliche LoRaWAN:

Dies wird von Telefonanbietern genutzt und reguliert. Das öffentliche LoRaWAN unterstützt mehrere Anwendungen von mehreren Organisationen. Nachfolgend finden Sie Schritte, um diese Konnektivität zu erreichen:

• Abonnement kaufen
• Sensoren auf der Betreiberseite installieren
• Initiieren Sie die Sensoren
• Holen Sie sich die Daten auf dem Operator sitzen und übertragen Sie sie dorthin, wo sie verarbeitet werden können.

Privates LoRaWAN-Netzwerk:

Private LoRaWAN-Netzwerke sind nach der Installation für eine einzelne Einheit nützlich. In diesem Netzwerk, ein Benutzer verwaltet seine IoT-Sensoren und seine Netzwerkstruktur.

Sie können diese Verbindung mit den folgenden unten aufgeführten Schritten herstellen:

• Erwerben Sie die spezifische Gateway-Nummer, die für Ihren gewählten Verbindungstyp optimal ist.
• Richten Sie die Sensoren auf der Website ein
• Organisieren Sie die Sensoren in den Gateways.
• Erstellen Sie eine Gateway-Datenverarbeitungsplattform-Verbindung.
• Aktivieren Sie die Sensoren.

BWege zum Aufbau von Netzwerken mit LoRaWAN

LoRaWAN eignet sich hervorragend für viele Anwendungen, aber nicht für ein privates Netzwerk. Die Gründe sind:

Das Zusammentreffen verschiedener Gateways gibt Raum für Interferenzen; wenn LoRaWAN betrieben wird, es wird auf die gleiche Frequenz umgeschaltet und kann auf den Verkehr zugreifen.

Der Nachrichtenempfang ist nicht gewährleistet.

Es erfordert viel Arbeit, die seiner Entwicklung gewidmet ist; gegenwärtig, kein Anbieter kann eine End-to-End-Lösung für LoRaWAN anbieten. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Sie mit mehreren Anbietern zusammenarbeiten müssen, um Gateways zu erhalten, Knoten und andere Dinge, aus denen das System besteht. Das verursacht viel Arbeit für den Benutzer.

Ein Pflichtkreis schafft eine enorme Einschränkung. In öffentlichen Netzen, die Nutzung des 868MHz-Bandes ist mit vielen Rückschlägen verbunden. Die durchschnittliche Zeitdauer, die ein Gateway in einem bestimmten Zeitraum übertragen kann, überschreitet nicht ein Prozent. Deswegen, die LoRaWAN-Datenlast, das ist, die zu einem bestimmten Zeitpunkt übertragbare Datenmenge ist begrenzt.

Ter LoRa AAllianz

Die LoRa Alliance, die in . gegründet wurde 2015 ist eine gemeinnützige Organisation, die ihre Zeit und Arbeit der Konsistenz von LPWAN sowie seiner globalen Bekanntheit und Förderung widmet. Die Mission der LoRa Alliance besteht darin, die Geschwindigkeit, mit der Menschen das LoRaWAN-Netzwerk annehmen, zu fördern und zu beschleunigen. Dies wird erreicht, indem die Synergie aller LoRaWAN-Technologien und -Produkte sichergestellt wird, dem IoT helfen, eine größere Zukunft zu vermitteln. Die LoRa Alliance hat über fünfhundert Mitglieder aus verschiedenen Unternehmen. Die Mitglieder der LoRa Alliance können an weltweit stattfindenden Messen teilnehmen. Die Mitglieder profitieren auch vom aktiven Ökosystem und den Mitwirkenden, die Lösungen anbieten, Produkte und Dienstleistungen zur Schaffung von Geschäftsmöglichkeiten.

hWie kann ich eine Vollduplex-LoRa-Kommunikation zwischen zwei Knoten herstellen??

Das Ziel von IoT ist es, herkömmlichen Sensorgeräten zu helfen, Daten mit mehreren Geräten auszutauschen und zusammen einen guten Service zu bieten. Beispielsweise, IoT kann in einer Umgebung angewendet werden, um die Atmosphäre zu überwachen und Informationen oder Warnungen zu geben. So wie auch in Innenräumen Kurzstrecken-Funktechnologien eingesetzt werden, Technologien wurden eingeführt, um ein drahtloses Outdoor-Netzwerk mit größerer Reichweite wie LoRa . bereitzustellen. Viele Technologien wurden angewendet, um die Übertragung von Daten von den Sensoren zu ermöglichen, die das IoT bilden. Vollduplex-Übertragung von Daten impliziert einfach den induzierten Signalträger, gleichzeitig, bidirektionale Übertragung von Daten in einem bestimmten Kommunikationsnetz. In diesem Netzwerk, zwei Nodes dienen als Transceiver und haben LoRa-Protokoll.

Während der Übertragung, Jeder Sender in der Nähe Ihres Empfängers verliert seine Empfangsfähigkeit vollständig und kurze Zeit nach Abschluss der Übertragung. Ein Vollduplex erfordert, dass die beiden beteiligten Frequenzen weit voneinander entfernt sind und benötigt auch Filter am Empfänger, um das Signal vom gegenüberliegenden Sender zu verhindern. Ebenfalls, Sie können ohne die üblichen LoRa-Geräte, die in den Knoten verwendet werden, keine Daten zwischen zwei Knoten gleichzeitig senden und empfangen. Sie können entweder empfangen oder senden. Gateway verwendet verschiedene Kanal-LoRa-Geräte, also identifizieren Sie ein Gerät, das das Äquivalent von etwa acht einzelnen Knoten-LoRa-Geräten verwendet.

Ist das LoRaWAN-Kommunikationsnetzwerk die Antwort auf Smart Buildings und Smart Cities?

LoRaWAN bietet eine stromsparende Lösung für die erfolgreiche Übertragung von Daten über weit entfernte Entfernungen. Um dieses Problem einzudämmen und einen größeren Bereich abzudecken, Sie können ein LoRaWAN-Mesh-Netzwerk aufbauen. Dieses Netzwerk ermöglicht die Übertragung von Daten über große Entfernungen, da ein Knoten als Repeater fungiert. Das LoRaWAN-Mesh-Netzwerk garantiert die Datenübertragung und ermöglicht den Aufbau flexibler und größerer Netzwerke mit geringem Energieverbrauch. Die LoRa-Technologie ist die ideale Wahl für Städte, die verbunden sind, da sie eine größere Signalreichweite hat und minimalen Strom verbraucht. Die Struktur der LoRaWAN Smart City ist einfach und kostengünstig zu reparieren und benötigt keine Lizenz. Diese Technologie kann Daten übertragen und empfangen und Nachrichten an abgelegene Gebiete übermitteln.

LoRa und Himbeer-Pi- Peer, um Kommunikation mit Arduino anzubieten

Ein Himbeercode kann sowohl Pi als auch Arduino unterstützen und die Kommunikation zwischen diesen beiden Möglichkeiten herstellen. Die Radiohead-Bibliothek ist die zugrunde liegende Grundlage und Basis der Raspberry- und Pi-Verbindung. Sie müssen dies in Ihrer Arduino IDE installieren.

Um dieses Programm zu starten, Importieren Sie die Serial Peripheral Code-Bibliothek, um BPI zu verwenden, und auch die RH_RF95-Bibliothek vom Funkkopf. Dies dient zur Durchführung der LoRa-Kommunikation.

Identifizieren Sie den Pin von Arduino, den Sie mit dem CS verbunden haben, RST, und INT-Pin von Arduino und LoRa.

Zeigen Sie, dass auf dem Modul eine Frequenz von 434 MHz verwendet wird, dann aktivieren Sie das Modul.

Setzen Sie das LoRa-Modul im Setup auf zehn Millisekunden zurück.

Aktivieren Sie es mit dem Modul, das Sie mit dem Funkkopf erstellt haben.

Stellen Sie die Sendeleistung und die Frequenz für den LoRa-Server ein.

Senden Sie das Datenpaket durch das LoRa-Modul in der Endlosschleife.

LoRa und MQTT

MQTT wird verwendet, um die Kommunikation zwischen Netzwerkservern und Gateway zu erreichen. Die Daten werden über das MQTT-Protokoll zwischen mehreren Geräten übertragen. Das MQTT-Protokoll wird normalerweise verwendet, um Störungen in unzuverlässigen Netzwerken zu reduzieren, anfällig für Unterbrechungen. Der Server sammelt diese Nachrichten und Clients, die in der Lage sind, den MQTT-Broker zu lesen und zu schreiben. Der Kunde muss die Themen identifizieren, die er schreiben oder abonnieren möchte. Alle Themen sind wählbar. Meistens, der MQTT-Broker arbeitet auf der Maschine des Servers. Das Gateway schreibt die vom Gerät erhaltene sichtbare Nutzlast mit zusätzlichen Informationen wie der Häufigkeit und Uhrzeit, zu der ein Uplink übertragen wird. MQTT hilft den Geräten bei der unternehmensweiten Datenintegration für datenprivate LoRaWAN-Operationen, die auf einfache Weise so formuliert sind, dass ein Client es verstehen kann. Der MQTT-Broker blockiert auch gefährliche Gateways am Zugriff auf die Uplinks anderer Gateways, wenn er gut konfiguriert ist.

hHardware-Architektur

Micro-US-Eingang: Diese Funktion wird zur Stromversorgung verwendet

USB-Anschluss (Gastgeber): Dies ist ein Ausgangsport für den Raspberry Pi

Raspberry Stromeingang

HDMI: digitale Videoausgangsschnittstelle (HD)

Kopfhöreranschluss

Ethernet-Schnittstelle

hSo schließen Sie die Hardware an

Verbinden Sie Ihr Gateway-Modul RHF0M01-868 mit PR12 Bridge RHF4T002 mit Raspberry Pi3

Verbinden Sie Ihren USB-Anschluss über ein USB-Kabel mit Ihrem Raspberry-Stromeingang.

Verbinden Sie Ihren USB-zu-UART-Adapter dann mit dem GP10 im Raspberry Pi

Verbinden Sie Ihren USB mit einem UART-Adapter und dann mit Ihrem Computer

Verbinden Sie den USB-Eingang mit einem 5 Volt pro 2.1 Amperemeter-Adapter mit einem 100cm Micro-USB-Kabel.

Software Architektur

Arduino: Dies wird verwendet, um den sinnlichen Port LoRaWAN mit GPS zu öffnen und auch Signale an ihn zu senden

Kitt: Dieses Tool enthält ein serielles und ein SSH-Terminal zur Steuerung des Raspberry Pi. Es ist auch ein Internetbrowser, der für den Zugriff auf den LoRaWAN-Server der RHF2001-Schnittstelle verwendet wird. Chrome ist dafür am besten geeignet).

how zu verbinden

1) Schalten Sie Ihren PC ein und verbinden Sie ihn mit Putty

1. ein) überprüfe deine Verbindungen
2. B) Greifen Sie auf Ihren Dateimanager zu, um Ihren Kitt einzurichten
3. C) Versorgen Sie Ihr Gateway
4. D) Verwenden Sie RHF2S001 mit dem Router über ein Ethernet-Kabel
5. e) Überprüfen Sie die IP-Adresse und MAC-Adresse

2) Vergrößern Sie das Dateisystem Ihrer SD-Karte

3) Verwenden Sie den RHF2001-Server

4) Verwenden Sie RHF76-052AM, um Ihren LoRaWAN-Server einzurichten

LoRa IÖT Kes CInhalt

LoRa-Gateway: Dieses Gerät verbindet verschiedene Arten von Netzwerken. Das LG01 überbrückt das IP-Netzwerk des normalen Internets zu einem einzigen, nahtlose Verbindung mit dem drahtlosen LoRa-Netzwerk.

Arduino: Dies ist eine elektronische Plattform, die "einfache Software und Hardware" verwendet. Es ist ideal für jemanden, der ein interaktives Projekt einrichtet.

LoRa-Schild: Dies wird verwendet, um einen Sensorknoten zu bauen. Dies fügt dem Arduino-Board das LoRa Wireless hinzu.

LoRa GPS-Schild: Dies baut einen Sensor auf, indem er dem Arduino-Board LoRa Wireless und Sensoren hinzufügt.

Sensoren: Es gibt verschiedene Arten von Sensoren; das Relais, IED, Ultraschall-, DHT11, lichtempfindlich, Flammen- und Summersensoren.

LoRa Anleitung zum Werkzeugsatz

• Arduino IDE installieren und 340 Fahrt
• Laden Sie eine LoRa-Bibliothek für das installierte Arduino hoch.
• Optimieren Sie die Netzwerkumgebung, um das LG01-N-Gateway einzurichten.
• Ordnen Sie die Komponenten an und verbinden Sie das LG01-N Gateway optimal mit dem Internet.
• Laden Sie ein Putty-Tool herunter, damit Sie über SSH auf LG01-N zugreifen können
• Testen Sie das LoRaWAN-Netzwerk
• Ein Gateway im TTN-Server einrichten
• LG01-N-Gateway einrichten
• Richten Sie eine Verbindung des Gateways zum LoRaWAN-Netzwerkserver ein.
• Konfigurieren Sie die LoRa-Kommunikationsfrequenz des Gateways für Ihren spezifischen Standort.
• Stellen Sie eine Verbindung zum Cayenne-Anwendungsserver her
• Steuern Sie die Wiedergabe mit der Datenkommunikation von der LoRa-Anwendung zu den Endgeräten
• Fehler im Netzwerksystem beheben.
• LoRa-basierte Endgeräteverschlüsselung und GPS-Schilde einrichten.
• ABP-Gerät in TTN einrichten und auf UNO hochladen

SEinige Kriterien, die Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie Ihren IoT-Dienstanbieter auswählen

Die von ihnen angebotenen Verbindungsdienste:

Sehen Sie sich den Verbindungsdienst an, den Ihr Dienstanbieter anbietet. Dienste wie Ende-zu-Ende vollständige IoT-Anbindung müssen bereitgestellt werden. Bewerten Sie die Fähigkeiten der Dienstleister. Was die Menschen brauchen, ist ein Ort, der ihnen die Beratung gibt, die sie brauchen, und die ihnen genaue und zuverlässige IoT-Lösungen bieten kann

Ja, so ist es: e-sim ermöglicht es einer Person, verschiedene Betreiberprofile seitlich auf ihrem Gerät zu hinterlegen. E-Sim Bienenstöcke Kontrolle über IoT

Die Anschlussvoraussetzungen: Jeder Benutzer hat einen bestimmten Verbindungsbedarf, den ein Dienstanbieter erfüllen soll. Stellen Sie sicher, dass Ihr Dienstanbieter diese Anforderungen erfüllt und Ihr Problem nicht verschlimmert.