Mit der rasanten Weiterentwicklung von IoT Technologie, Es sind außergewöhnlich viele IoT-Szenarien aufgetaucht, parallel zur Einführung verschiedener IoT-Kommunikationssysteme. Diese IoT-Systeme reichen vom Schmalband-Internet der Dinge (NB-IoT), Langzeitentwicklung – Kategorie M1 (LTE-M), Wi-SUN, und Sigfox. Auf dem Markt wimmelt es mittlerweile von mehreren Technologie- und Werbeallianzen, die miteinander konkurrieren, um an der Spitze zu stehen. Unter den Anwärtern, Die LoRa-Technologie hat sich zu einem vielversprechenden Kommunikationssystem mit einer globalen IoT-Infrastruktur entwickelt. Durch seine Umsetzung, LoRa positioniert sich innovativ in der IoT-Landschaft. Dieser Beitrag befasst sich mit den Grundlagen der LoRa-Technologie, seine Vorteile, und seine Netzwerkarchitektur.
Einführung in LoRa und LPWAN
Haben Sie schon einmal von LPWAN gehört??
LPWAN (Weitverkehrsnetz mit geringem Stromverbrauch) ist ein Internet der Dinge (IoT) Netzwerkschichttechnologie, die den Anforderungen des IoT an große Entfernungen und einen geringen Stromverbrauch gerecht wird. Es zeichnet sich durch einen geringen Stromverbrauch aus, Fernübertragung, niedrige Bandbreite, einfache Netzwerkstruktur, und niedrige Betriebskosten. LoRa ist eine der ausgereiftesten und am weitesten verbreiteten Technologien im LPWAN, Es verfügt über ein entwickeltes Ökosystem und einen schnell wachsenden Markt. Es wird erwartet, dass sich die Wachstumsrate in den kommenden Jahren verdoppeln wird.
Wenn es um drahtlose Technologie in IoT-Anwendungen geht, Es gibt zwei Haupttypen: drahtlose Technologie mit kurzer Reichweite wie Bluetooth, W-lan, und ZigBee und Weitverkehrsnetzwerktechnologie wie 2G, 3g, und 4G. Jede Technologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Vor LPWAN, Die Wahl zwischen großer Reichweite und geringem Stromverbrauch war unumgänglich. Mit LPWAN, jedoch, Dieser Kompromiss ist ausgewogen, Dies ermöglicht eine Kommunikation über größere Entfernungen und einen extrem niedrigen Stromverbrauch, ohne dass zusätzliche Repeater erforderlich sind.
So, Was genau ist LoRa-Technologie??
LoRa ist eine der Mainstream-Technologien in der LPWAN-Kommunikationstechnologie. Es handelt sich um ein drahtloses Übertragungsschema für ultralange Entfernungen, das auf der Frequenzmodulations-Spreizspektrum-Technologie basiert. Ursprünglich von Cycleo in Frankreich eingeführt, Es wurde später von Semtech übernommen 2012. LoRa berücksichtigt sowohl die Entfernung als auch den Stromverbrauch, Bereitstellung eines Netzwerks von Sensoren mit langer Batterielebensdauer für Benutzer, Fernübertragungsfähigkeiten, und einfache Vernetzung. Die von LoRa übertragenen Netzfrequenzbänder sind grundsätzlich freie Frequenzbänder der Welt. Diese Frequenzbänder sind 433HZ, 868HZ, 915HZ, etc.
Was sind die Vorteile von LoRa
- Verbesserte Empfangsempfindlichkeit und reduzierter Stromverbrauch.
Die Bandbreite des Lora-Übertragungskanals beträgt 157 dB, und die theoretische Übertragungsentfernung beträgt bis zu 15 km. Der Arbeitsstrom von Lora beträgt nur 10mA und der Standby-Strom beträgt 200na. Der Arbeitsstromverbrauch ist sehr gering, was die Lebensdauer der Batterie stark erhöht.
- LoRa-Gateway / mehrere Prozessoren unterstützen die parallele Hochgeschwindigkeitsverarbeitung von Mehrkanal- und Multidaten, und die Systemkapazität ist groß.
Das Gateway fungiert als Brücke zwischen Netzwerkknoten, Verbinden jedes Knotens über Kommunikationsnetzwerke mit einem unabhängigen IP. The gateway’s parallel processing capability allows it to handle up to 5 Millionen Netzwerkkommunikationen zwischen Knoten täglich. Mit hoher Übertragungseffizienz, the LoRa gateway’s network occupancy rate is only 10% vorausgesetzt 5 Millionen Übertragungen pro Tag, wobei jede Übertragungsgröße beträgt 10 Bytes. Als Zubehör auf Mobilfunk-Basisstationen verbaut, Das LoRa-Gateway hat eine Übertragungsleistung von etwa 20 dBm und kann in dicht besiedelten Stadtgebieten etwa 2 km und in Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte bis zu 10 km abdecken.
- Die LoRa-Terminal- und Gateway-Kommunikation unterstützt die Entfernung und Positionierung.
LoRa unterstützt Entfernungs- und Positionierungsfunktionen zwischen seinem Terminal und seinem Gateway. LoRa nutzt unterschiedliche Methoden zur Messung von Entfernung und Position, Dabei wird die Entfernungsmessung anhand der Zeit der Signalübertragung in der Luft bestimmt, und die Positionierung basiert auf der Signalübertragungszeitdifferenz zwischen mehreren Gateways zu einem Knoten. Die Positionierungsgenauigkeit beträgt bis zu 3 m bei Entfernungen bis zu 10 km.
Was ist die Netzwerkarchitektur von LoRa
Die Architektur eines LoRa-Netzwerks umfasst typischerweise einen Anwendungsserver, ein Netzwerkserver, ein Tor, und ein Terminal (einschließlich des LoRa-Moduls). Diese Netzwerktopologie folgt einer Sternform, Dabei fungiert das Gateway als Signalübertragungsrelais, das Endgeräte und Netzwerkserver verbindet. Einfacher ausgedrückt, Die Endgeräte können über ein oder mehrere Gateways Signale an andere Endgeräte oder Server übermitteln. darüber hinaus, Dieses Netzwerk unterstützt die bidirektionale Datenübertragung, Dies ermöglicht eine effiziente Kommunikation zwischen beiden Enden.
LoRa-Endgeräte für IoT-Geräte
Die LoRa-Technologie dient als herausragende Wahl für verschiedene IoT-Geräte, wie zum Beispiel die Ablesung intelligenter Zähler, Versand-Tracker, Betriebsleiter, und mehr. Diese Geräte integrieren LoRa-Module, die über drahtlose Kommunikation eine Verbindung zu einem LoRa-Gateway herstellen, Ermöglicht die Verbindung zwischen Server und Terminal. Die Verbindung zwischen Gateway und Server erfolgt über Ethernet oder andere Kommunikationsnetzwerke und basiert auf dem TCP/IP-Protokoll.
Basierend auf der Datenübertragung in LoRa, Die Endgeräte können der Klasse A zugeordnet werden, Klasse b, oder Klasse C.
LoRa-Klasse EIN Endgeräte
Nach dem Senden einer Nachricht, der Knoten öffnet ein rx1-Fenster 1 s nach der Standardeinstellung. Die Datenrate und Frequenz des Empfangsfensters sind die gleichen wie bei den Uplink-Daten. Wenn die Nachricht eine Bestätigungsnachricht ist und rx1 den entsprechenden Downlink nicht empfängt, der Knoten öffnet ein weiteres Empfangsfenster rx2 1 S + 1 s nach dem Senden der Nachricht, Die Datenrate und der Frequenzpunkt des Empfangsfensters haben unterschiedliche Standarddaten für verschiedene Frequenzbänder im LoRaWAN-Protokoll. Im Folgenden sind die Merkmale von Endgeräten der LoRa-Klasse aufgeführt:
- Frames werden normalerweise in Uplink-Übertragung und Downlink-Übertragung unterteilt. Die Uplink-Route besteht aus einem Zeitschlitz und 2 Downlink-Zeitfenster (oder Fenster).
- die Endgeräte werden von den Endgeräten nach Bedarf eingerichtet. Es wird zufällig bestimmt, ähnlich dem ALOHA-Protokoll.
- es ist das Lora-Endgerät mit dem niedrigsten Stromverbrauch.
Endgeräte der LoRa-Klasse B
Klasse B öffnet in Intervallen ein Empfangsfenster basierend auf dem Empfangsfenster der Klasse A. Im Folgenden sind die Funktionen von Lora-Endgeräten der Klasse B aufgeführt:
- zusätzlich zu den in Klasse A genannten zwei Zeitfenstern, Solche Endgeräte nutzen während des Downlinks zusätzliche Empfangsfenster.
- Geräte der Klasse B erhalten für die angegebene Dauer zusätzliche Empfangsfenster.
- die Dauer wird vom Gateway über den Beacon Frame vorgegeben.
- deshalb, auf diese Weise, das Lora-System zeigt dem Server an, wann das Endgerät zuhören kann.
Endgeräte der LoRa-Klasse C
Basierend auf der Klasse ein Empfangsfenster, das Empfangsfenster der Klasse C ist zu jeder Zeit geöffnet außer der Sendezeit des Knotens.
Klasse A muss von Knoten implementiert werden, die auf das LoRa-Netzwerk zugreifen. Sowohl Klasse B als auch Klasse C werden durch Hinzufügen von Funktionen basierend auf Klasse A implementiert. Klasse B gilt für die Positionierung mobiler Knoten. Der Klasse-C-Knoten gilt für den Fall, dass der Steuerbefehl aktiv ausgegeben wird und die Stromversorgung ausreichend ist. Das Lorawan1.1-Protokoll optimiert die Klasse B und den Netzwerkzugriff. Im Folgenden sind die Funktionen von LoRa-Endgeräten der Klasse C aufgeführt:
- solche Endgeräte können die ganze Zeit mithören, außer im Übertragungsmodus. Deswegen, Es eignet sich sehr gut für Anwendungen, die mehr Downlink-Übertragung erfordern.
- LoRa-Terminals der Klasse C verbrauchen mehr Strom als ihre Gegenstücke der Klassen A und B.
- die Latenz ist die niedrigste unter allen Endgeräten der LoRa-Klasse für die Datenkommunikation zwischen Servern und Endgeräten.
LoRa-Anwendungsszenarien
Das LoRaWAN-basierte Netzwerk kann eine sichere Datenübertragungsentfernung und Zwei-Wege-Kommunikation bieten, und decken städtische Gebiete mit der geringsten Netzinfrastruktur ab. LoRa wird in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien wie Smart Agriculture weit verbreitet sein, intelligente Gebäude, und intelligente Logistik.
Intelligente Landwirtschaft
Für Bauernhöfe, es gibt einen großen Markt für Low-Power, Langstrecken- und langlebige Sensoren. Erfassen der Temperatur, Feuchtigkeit, Kohlendioxidkonzentration, Der pH-Wert und andere Daten, die der Sensor in der Umgebung des Pflanzenwachstums erhält, sind von großer Bedeutung, um den Ernteertrag zu verbessern und Ressourcenverschwendung zu reduzieren. Diese Daten stellen keine hohen Anforderungen an die Zeitverzögerung. Lora ist die beste Wahl. Der Sensor kann die gesammelten Daten über Lora . in den Hintergrund übertragen, Landwirte können anhand der Daten beurteilen, ob sie Wasser spritzen und düngen müssen.
Die Weidewirtschaft hat eine große Nachfrage nach leistungsarmen und weitreichenden Tracking-Tools. Derzeit, die Zahl der auf dem Grünland grasenden Rinder oder Schafe ist in der Regel sehr groß. Für Viehzüchter ist es schwierig, die Anzahl und den Gesundheitszustand dieser Tiere einzeln zu beobachten. Über den Tracker können sie beurteilen, ob sich die Weidetiere in Reichweite der Weide befinden. Sie können den Herzschlag und die Körpertemperatur der Tiere durch den Sensor erfassen, und übermitteln Sie die Daten an den Hintergrund für die zentralisierte Verarbeitung durch Lora.
Intelligente Gebäude
Nach Abschluss der Gebäudedekoration, die Temperatur, Feuchtigkeit, Formaldehyd und andere schädliche Gase enthalten, Lichterkennung und andere Gebäudedaten sind den Nutzern sehr wichtig. Das Feedback dieser Informationen ist für die Benutzer förderlich’ Regulierung des Raumklimas und sorgen für ein gesünderes und komfortableres Raumklima. Allgemein gesagt, das Raumklima ändert sich nicht sehr. Es besteht keine Notwendigkeit, die Innenraumumgebungsinformationen in Echtzeit zu erhalten, und die Kommunikationsanforderungen sind nicht hoch. In diesem Szenario, Ein einfaches Home-Gateway kann diese Anforderungen erfüllen. In diesem Szenario, Lora ist eine sehr gute Wahl.
Automatisierte Fertigung
Im automatisierten industriellen Produktionsumfeld, eine Vielzahl intelligenter Technologien kommt zum Einsatz, und verschiedene Informationen und Daten werden im Netzwerk zusammengeführt. Deswegen, die Eigenschaften des ausgewählten Netzwerks stehen in direktem Zusammenhang mit der Ausführungsqualität des Produktionsplans. Durch die Analyse dieser Daten, Produzenten können die Produktionseffizienz einschätzen und den Produktionsprozess analysieren, die die in der Produktion auftretenden Probleme schnell lösen können. In diesem Szenario, Kosten und Lebensdauer von Netzwerkübertragungswerkzeugen sind sehr hoch, und Lora ist eine sehr geeignete Wahl.
Intelligente Logistik
Die geografische Reichweite der Logistikbranche ist sehr breit, Daher ist die erste Wahl bei der Auswahl eines Netzwerks eine geringe Investition und eine lange Lebensdauer. Um die Paletten verfolgen und den Standort und Status der Ware ermitteln zu können, Was die Spedition braucht, ist, dass die am gesamten Logistikprozess beteiligten Einrichtungen unter Netzabdeckung stehen, daher müssen nicht nur die Netzwerkknoten wirtschaftlich genug für eine großflächige Installation sein, aber auch die Flexibilität haben, es zu machen Es kann als mobiles Gateway auf einem Transportfahrzeug installiert werden. Auf diese Weise, die NB-IoT-Technologie, die für die Bereitstellung des Netzwerks auf 4G-Basisstationen angewiesen ist, kann diese Anforderung offensichtlich nicht erfüllen, und die niedrigen Kosten von LoRa, hohe Akkulaufzeit, hohe Mobilität, und die Stabilität der Kommunikation bei Hochgeschwindigkeitsbewegungen machen es einzigartig im Bereich der intelligenten Logistik. Geh voraus.
In der neuen Entwicklungswelle des Internets der Dinge, im Bereich Low-Power Wide Area Networks, entwickelte Märkte haben bereits Anwendungen in großem Umfang eingesetzt, und einheimische Teilnehmer haben auch offene Weisheit genutzt, um die groß angelegte Bereitstellung und Bereitstellung von LoRa-Netzwerken in China zu fördern. Anwendung, Ich glaube, dass mit der Zunahme der Industrieanwendungen, this domestic carrier-level LoRa network formed with the concept of sharing economy will also become the core area of the global LoRa layout.
Derzeit, the world’s two major Internet of Things networks, NB-IoT und LoRa, entwickeln sich rasant. Laut Statistik relevanter Abteilungen, mehr als 1,000 Anwendungsprodukte für das Internet der Dinge sind in verschiedenen Provinzen auf der ganzen Welt gelandet. Es wird berichtet, dass 70% der Unternehmen suchen aktiv nach reifen, zuverlässige und schnell wachsende IoT-Produkte. Die meisten Unternehmen kaufen NB-IoT- und LoRa-IoT-Lösungen von MOKOLora. Die Käufe beinhalten LoRa-Gateways, Rauchmelder, und Wasser Dutzende von IoT-Produkten wie Monitoring, Infrarot-Erkennung, Positionierung, Steckdosen, etc., und die Entwicklung von NB-IoT- und LoRa-IoT-Produkten im Auftrag des Unternehmens, um das Internet-of-Things-Geschäft schnell einzuschließen und zu den führenden Internet-of-Things in Städten auf der ganzen Welt zu gehören. “Die Entwicklung des weltweiten Internets der Dinge sieht MOKOLora” Situation nimmt allmählich Gestalt an.
ZusammenfassungenJa
Wide Area Network mit geringem Stromverbrauch (LPWAN) ist ein unverzichtbarer Bestandteil des Internets der Dinge. Es hat flexible und erweiterbare Eigenschaften und kann groß oder klein sein. Dies ist für die Wachstums- und Explorationsphase der Industrie des Internets der Dinge erforderlich. Angeblich die am besten geeignete Technologie für das Internet der Dinge. LoRa ist sicher und zuverlässig, mit Funktionen wie Zwei-Wege-Authentifizierung, Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, und Integritätsschutz. Es ist umfassend und zukunftsweisend im Sicherheitsdesign, aber die Sicherheit des Internets der Dinge kann nicht ignoriert werden, und die Branche muss zusammenarbeiten und sie weiter fördern.
