Con il rapido avanzamento di IoT tecnologia, è emerso un numero eccezionale di scenari IoT, insieme al lancio di vari sistemi di comunicazione IoT. Questi sistemi IoT vanno da Narrowband Internet of Things (NB-IoT), Evoluzione a lungo termine-Categoria M1 (LTE-M), Wi-SOLE, e SigFox. Il mercato è ora animato da diverse alleanze tecnologiche e promozionali che competono l'una contro l'altra per essere in prima linea. Tra i contendenti, La tecnologia LoRa è emersa come un promettente sistema di comunicazione con un'infrastruttura IoT globale. Attraverso la sua attuazione, LoRa si sta posizionando in modo innovativo nel panorama IoT. Questo post approfondisce le basi della tecnologia LoRa, i suoi vantaggi, e la sua architettura di rete.
Introduzione a LoRa e LPWAN
Hai mai sentito parlare di LPWAN?
LPWAN (rete WAN a bassa potenza) è un Internet delle cose (IoT) tecnologia a livello di rete che soddisfa i requisiti di lunga distanza e basso consumo energetico dell'IoT. È caratterizzato da un basso consumo energetico, trasmissione a lungo raggio, bassa larghezza di banda, struttura di rete semplice, e bassi costi operativi. LoRa è una delle tecnologie più mature e ampiamente utilizzate in LPWAN, vantando un ecosistema sviluppato e un mercato in rapida crescita. Il suo tasso di crescita dovrebbe raddoppiare nei prossimi anni.
Quando si tratta di tecnologia wireless nelle applicazioni IoT, ci sono due tipi principali: tecnologia wireless a corto raggio come il Bluetooth, Wifi, e ZigBee e tecnologia di rete geografica come 2G, 3G, e 4G. Ogni tecnologia ha i suoi vantaggi e svantaggi. Prima dell'LPWAN, la scelta tra lungo raggio e basso consumo energetico era inevitabile. Con LPWAN, però, questo compromesso è equilibrato, consentendo comunicazioni a più lungo raggio e un consumo energetico estremamente basso senza la necessità di ripetitori aggiuntivi.
Così, cos'è esattamente la tecnologia LoRa?
LoRa è una delle tecnologie principali nella tecnologia di comunicazione LPWAN. È uno schema di trasmissione wireless a lunghissima distanza basato sulla tecnologia dello spettro diffuso di modulazione di frequenza. Originariamente lanciato da Cycleo in Francia, successivamente è stata acquisita da Semtech in 2012. LoRa affronta sia la distanza che il consumo energetico, fornendo agli utenti una rete di sensori che hanno una lunga durata della batteria, capacità di trasmissione a lunga distanza, e semplice collegamento in rete. Le bande di frequenza di rete trasmesse da LoRa sono fondamentalmente bande di frequenza libere nel mondo. Queste bande di frequenza sono 433 HZ, 868HZ, 915HZ, eccetera.
Quali sono i vantaggi di LoRa
- Sensibilità di ricezione migliorata e consumo energetico ridotto.
La larghezza di banda del canale di trasmissione Lora è 157db, e la distanza di trasmissione teorica è fino a 15 km. La corrente di lavoro di Lora è di soli 10 mA e la corrente di standby è di 200 na. Il consumo di energia di lavoro è molto basso, che aumenta notevolmente la durata della batteria.
- Gateway LoRa / diversi processori supportano l'elaborazione parallela ad alta velocità di dati multicanale e multiplo, e la capacità del sistema è grande.
Il gateway funge da ponte tra i nodi di rete, collegando ciascun nodo a un IP indipendente tramite reti di comunicazione. La capacità di elaborazione parallela del gateway gli consente di gestire fino a 5 milioni di comunicazioni di rete tra i nodi ogni giorno. Con alta efficienza di trasmissione, il tasso di occupazione della rete del gateway LoRa è solo 10% supponendo 5 milioni di trasmissioni al giorno, con ogni dimensione di trasmissione essendo 10 byte. Installati come accessori su stazioni base di comunicazione mobile, il gateway LoRa ha una potenza di trasmissione di circa 20dbm e può coprire circa 2km in aree urbane ad alta densità e fino a 10km in aree a bassa densità.
- Il terminale LoRa e la comunicazione gateway supportano la portata e il posizionamento.
LoRa supporta capacità di posizionamento e posizionamento tra il terminale e il gateway. LoRa utilizza metodi distinti per misurare la distanza e la posizione, dove la misurazione della distanza è determinata in base al tempo di trasmissione del segnale nell'aria, e il posizionamento si basa sulla differenza di tempo di trasmissione del segnale tra più gateway a un nodo. La precisione di posizionamento è fino a 3 m per distanze fino a 10 km.
Qual è l'architettura di rete di LoRa
L'architettura di una rete LoRa in genere prevede un server delle applicazioni, un server di rete, un passaggio, e un terminale (incluso il modulo LoRa). Questa topologia di rete segue una forma a stella, dove il gateway funge da relè di trasmissione del segnale che collega apparecchiature terminali e server di rete. In termini più semplici, i dispositivi terminali possono trasmettere segnali ad altri terminali o server attraverso uno o più gateway. Inoltre, questa rete supporta la trasmissione dati bidirezionale, consentendo una comunicazione efficiente tra le due estremità.
Apparecchiature terminali LoRa per dispositivi IoT
La tecnologia LoRa funge da scelta importante per vari dispositivi IoT, come le letture dei contatori intelligenti, tracker di spedizione, gestori di aziende agricole, e altro ancora. Questi dispositivi integrano moduli LoRa, che si connettono a un gateway LoRa tramite comunicazione wireless, consentire l'interconnessione tra il server e il terminale. La connessione tra il gateway e il server avviene tramite Ethernet o altre reti di comunicazione e opera sul protocollo TCP/IP.
Basato sulla trasmissione dei dati in LoRa, l'apparecchiatura terminale può essere classificata come Classe A, Classe B, o Classe C.
Classe LoRa UN apparecchiature terminali
Dopo aver inviato un messaggio, il nodo aprirà una finestra rx1 1 s dopo l'impostazione predefinita. La velocità dei dati e la frequenza della finestra di ricezione sono le stesse dei dati di uplink. Se il messaggio è un messaggio di conferma e rx1 non riceve il corrispondente downlink, il nodo aprirà un'altra finestra di ricezione rx2 1 S + 1 s dopo l'invio del messaggio, La velocità dei dati e il punto di frequenza della finestra di ricezione hanno dati predefiniti diversi per diverse bande di frequenza nel protocollo LoRaWAN. Di seguito sono riportate le caratteristiche delle apparecchiature terminali di classe LoRa:
- i frame sono generalmente divisi in trasmissione uplink e trasmissione downlink. Il percorso di uplink è costituito da 1 fascia oraria e 2 fasce orarie di downlink (o finestre).
- l'apparecchiatura terminale deve essere organizzata dall'apparecchiatura terminale come richiesto. È determinato casualmente, simile al protocollo ALOHA.
- è il dispositivo terminale Lora a minor consumo energetico.
Apparecchiatura terminale di classe B LoRa
La classe B aprirà una finestra di ricezione a intervalli in base alla finestra di ricezione della classe A. Di seguito sono elencate le funzioni dell'apparecchiatura terminale di classe B Lora:
- oltre alle due fasce orarie previste dalla classe A, tale apparecchiatura terminale utilizza finestre di ricezione aggiuntive durante il downlink.
- le apparecchiature di classe B riceveranno finestre di ricezione aggiuntive per la durata specificata.
- la durata è specificata dal gateway utilizzando il frame beacon.
- perciò, in questo modo, il sistema Lora indica al server quando il dispositivo terminale può ascoltare.
Apparecchiatura terminale di classe C LoRa
In base alla classe una finestra di ricezione, la finestra di ricezione della classe C è sempre aperta tranne l'ora di invio del nodo.
La classe A deve essere implementata dai nodi che accedono alla rete LoRa. Sia la classe B che la classe C sono implementate aggiungendo funzioni basate sulla classe A. La classe B è applicabile al posizionamento di nodi mobili. Il nodo di classe C è applicabile nel caso in cui il comando di controllo sia emesso attivamente e l'alimentazione sia sufficiente. Il protocollo Lorawan1.1 ottimizza la classe B e l'accesso alla rete. Di seguito sono riportate le funzioni dell'apparecchiatura terminale di classe C LoRa:
- tale apparecchiatura terminale può ascoltare tutto il tempo tranne che per la modalità di trasmissione. Perciò, è molto adatto per applicazioni che richiedono una maggiore trasmissione in downlink.
- i terminali LoRa di classe C utilizzeranno più energia rispetto alle loro controparti di classe A e B.
- la latenza è la più bassa tra tutti i dispositivi terminali di classe LoRa per la comunicazione dati tra server e dispositivi terminali.
Scenari applicativi LoRa
La rete basata su LoRaWAN può fornire una distanza di trasmissione dati sicura e una comunicazione bidirezionale, e coprire le aree urbane con la minor infrastruttura di rete. LoRa sarà ampiamente utilizzato in una varietà di scenari applicativi come l'agricoltura intelligente, edifici intelligenti, e logistica intelligente.
Agricoltura intelligente
Per le fattorie, c'è un grande mercato per la bassa potenza, sensori a lunga e lunga durata. Rilevamento della temperatura, umidità, concentrazione di anidride carbonica, Il pH e altri dati ottenuti dal sensore nell'ambiente di crescita delle colture sono di grande importanza per migliorare la resa delle colture e ridurre lo spreco di risorse. Questi dati non hanno requisiti elevati per il ritardo. Lora è la scelta migliore. Il sensore può trasmettere i dati raccolti in background tramite Lora, Gli agricoltori possono giudicare se spruzzare acqua e fertilizzare in base ai dati.
L'allevamento al pascolo ha una grande richiesta di strumenti di tracciamento a bassa potenza ea lunga distanza. Attualmente, il numero di bovini o ovini al pascolo sui prati è generalmente molto elevato. È difficile per gli allevatori osservare uno per uno il numero e la salute di questi animali. Possono giudicare se gli animali al pascolo si trovano all'interno della portata del pascolo attraverso il localizzatore. Possono percepire il battito cardiaco e la temperatura corporea degli animali attraverso il sensore, e trasmettere i dati in background per l'elaborazione centralizzata tramite Lora.
Edifici intelligenti
Dopo il completamento della decorazione dell'edificio, la temperatura, umidità, contenuto di formaldeide e altri gas nocivi, il rilevamento della luce e altri dati dell'edificio sono molto importanti per gli utenti. Il feedback di queste informazioni è favorevole agli utenti’ regolazione dell'ambiente interno e rendere gli utenti un ambiente interno più sano e confortevole. Parlando in generale, l'ambiente interno non cambia molto. Non è necessario ottenere le informazioni sull'ambiente interno in tempo reale, e i requisiti di comunicazione non sono elevati. In questo scenario, un semplice gateway domestico può soddisfare queste esigenze. In questo scenario, Lora è un'ottima scelta.
Produzione automatizzata
Nell'ambiente di produzione industriale automatizzato, vengono applicate un gran numero di tecnologie intelligenti, e varie informazioni e dati confluiscono nella rete. Perciò, le caratteristiche della rete prescelta sono direttamente correlate alla qualità di esecuzione del piano di produzione. Analizzando questi dati, i produttori possono stimare l'efficienza della produzione e analizzare il processo di produzione, che può risolvere rapidamente i problemi incontrati nella produzione. In questo scenario, il costo e la durata degli strumenti di trasmissione di rete sono molto elevati, e Lora è una scelta molto adatta.
Logistica intelligente
L'ambito geografico del settore della logistica è molto ampio, quindi la prima scelta nella scelta di una rete è il basso investimento e la lunga vita lavorativa. Per poter tracciare i pallet e determinare l'ubicazione e lo stato della merce, ciò di cui l'azienda di trasporto ha bisogno è che le strutture coinvolte nell'intero processo logistico siano coperte dalla rete, quindi non solo i nodi di rete devono essere sufficientemente economici per installazioni su larga scala, ma hanno anche la flessibilità di farlo. Può essere installato su un veicolo di trasporto come gateway mobile. In questo modo, la tecnologia NB-IoT che deve fare affidamento su stazioni base 4G per implementare la rete ovviamente non può soddisfare questo requisito, e il basso costo di LoRa, elevata durata della batteria, alta mobilità, e la stabilità della comunicazione durante i movimenti ad alta velocità lo rendono unico nel campo della logistica intelligente. Fatti strada.
Nella nuova ondata di sviluppo dell'Internet delle cose, nel campo delle reti geografiche a bassa potenza, i mercati sviluppati hanno già implementato applicazioni su larga scala, e i partecipanti domestici hanno anche utilizzato la saggezza aperta per promuovere la diffusione e l'implementazione su larga scala delle reti LoRa in Cina. Applicazione, Credo che con l'aumento delle applicazioni del settore, questa rete LoRa a livello di vettore nazionale formata con il concetto di sharing economy diventerà anche l'area centrale del layout LoRa globale.
Attualmente, le due principali reti mondiali di Internet of Things, NB-IoT e LoRa, si stanno sviluppando rapidamente. Secondo le statistiche dei dipartimenti competenti, più di 1,000 I prodotti dell'applicazione Internet of Things sono sbarcati in varie province di tutto il mondo. È stato riferito che 70% delle imprese stanno attivamente cercando maturo, prodotti IoT affidabili e in rapida crescita. La maggior parte delle aziende acquista soluzioni NB-IoT e LoRa IoT da MOKOLora. Gli acquisti includono gateway LoRa, rilevatori di fumo, e acqua Decine di prodotti IoT come il monitoraggio, rilevamento a infrarossi, posizionamento, prese di corrente, eccetera., e lo sviluppo di prodotti NB-IoT e LoRa IoT per conto dell'azienda, al fine di racchiudere rapidamente il business dell'Internet delle cose e classificarsi tra i principali Internet delle cose nelle città di tutto il mondo. “Lo sviluppo del mondo Internet of Things vede MOKOLora” la situazione sta gradualmente prendendo forma.
Riassuntiy
Rete WAN a bassa potenza (LPWAN) è una parte indispensabile dell'Internet delle cose. Ha caratteristiche flessibili ed espandibili e può essere di grandi o piccole dimensioni. Ciò è necessario per la fase di crescita ed esplorazione dell'industria dell'Internet delle cose. Si dice che sia la tecnologia più adatta per l'Internet delle cose. LoRa è sicuro e affidabile, con funzionalità come l'autenticazione a due vie, crittografia end-to-end, e protezione dell'integrità. È completo e lungimirante nel design della sicurezza, ma la sicurezza dell'Internet of Things non può essere ignorata, e l'industria deve lavorare insieme e continuare a promuoverla.
