Cos'è LoRa e LoRaWAN??
LoRa è un nuovo standard di comunicazione per l'Internet of Things, che è comunemente usato per la trasmissione di dati di piccolo segnale su distanze molto lunghe. I sensori LoRa in genere hanno una bassa potenza, basso consumo energetico, e lunga durata della batteria. LoRa è l'abbreviazione della parola “Lungo raggio”. Dal nome, si può notare che la caratteristica principale di LoRa è la lunga distanza di trasmissione. Schema di modulazione del segnale di LoRa, sviluppato da Semtech, consente un eccellente margine di collegamento. La sensibilità del segnale di LoRa è molto alta, così LoRa può mantenere la comunicazione a lunga distanza, anche in ambienti rumorosi. Simile ad altre tecnologie LPAWAN come NB-IoT, LoRa in genere funziona a velocità dati inferiori, che aumenta ulteriormente l'headroom del collegamento. A causa della sua bassa velocità dati, LoRa non è adatto per scenari che richiedono un elevato ritardo dei dati.
LoRaWAN è uno standard di comunicazione del protocollo LPWAN basato sul chip LoRa, progettato per la connessione IoT remota. LoRaWAN era originariamente chiamato LoRaMAC, che è un insieme di protocolli di comunicazione e architettura di sistema basati sul design della rete di comunicazione a lunga distanza LoRa. Secondo il protocollo di comunicazione tradizionale, LoRaWAN è il livello MAC, e LoRa è il livello fisico. LoRaWAN è uno standard di rete aperto, e il suo controllo di accesso al livello di collegamento dati (MAC) è mantenuto dal Alleanza LoRa.
Cosa sono i gateway LoRaWAN e i server cloud LoRaWAN
Il gateway LoRaWAN è un connettore di rete LoRa, che può convertire il protocollo di comunicazione di rete LoRa nel protocollo TCP/IP, e trasmettere i dati del dispositivo LoRaWAN alla rete. È simile alla configurazione di un router wireless industriale per connettere dispositivi WiFi alla rete. I gateway vengono solitamente implementati da utenti o fornitori di soluzioni e vengono solitamente implementati in centri regionali remoti senza altri tipi di copertura.
Il Server cloud LoRaWAN è un centro servizi cloud che gestisce le connessioni e le comunicazioni dei dispositivi. Il server Web può essere un server fisico o un server cloud. Quando il server web è nel cloud come il servizio di hosting, il gateway opera in un cosiddetto “inoltro dei pacchetti” modalità, che passa semplicemente tutti i pacchetti di dati LoRa originali nell'aria al server web e al server web. In questa modalità, tutte le informazioni come la crittografia dei dati e la decrittografia dei pacchetti, gestione e connessione del dispositivo, l'analisi e l'elaborazione dei dati sono archiviate nell'ECS, che semplifica la gestione e l'aggiornamento del server e facilita la lettura e l'elaborazione dei dati.
Come funziona LoRaWAN?
In termini di struttura di rete, Il protocollo wireless di LoRaWAN è molto semplice. La sua struttura di rete è una topologia a stella, che è favorevole alle apparecchiature terminali LoRaWAN per aumentare il raggio di comunicazione e ridurre il consumo di energia. Dopo dimostrazione e test, questa struttura a stella è più adatta per questo tipo di scenario applicativo dell'Internet delle cose con un basso consumo energetico e un'ampia area rispetto alla struttura a griglia.
Il layout di rete della topologia a stella è la modalità di elaborazione dati centrale. Ogni dispositivo terminale LoRaWAN trasmette i dati a più gateway LoRaWAN, e poi il gateway LoRaWAN trasmette i dati al server centrale. Il server centrale gestisce ed elabora centralmente i dati raccolti, e il server completerà la pianificazione del messaggio, indagine di sicurezza, e rilevamento della ridondanza dei dati. Il server centrale restituisce alcune informazioni dell'apparecchiatura terminale LoRaWAN in base ai dati in modo che LoRaWAN possa dare una certa risposta.
Due ovvi vantaggi del protocollo LoRaWAN
- Tracciamento più conveniente: i gateway non devono comunicare tra loro. Le informazioni del nodo terminale vengono trasmesse. Il segnale di un nodo terminale può essere ricevuto da più gateway. La direzione e la posizione del nodo terminale possono essere approssimativamente determinate in base alla differenza di tempo tra le informazioni ricevute dal gateway. Questa logica e questo algoritmo sono relativamente semplici.
- Link informativo più semplice: il gateway viene utilizzato solo come ponte per realizzare la trasmissione delle informazioni tra il terminale del nodo e il server. Non c'è comunicazione reciproca tra il gateway e il gateway, e il collegamento informativo è fresco e semplice.
Tipi di dispositivi LoRaWAN: Classe A, Classe B e Classe C
La classe A è un'operazione asincrona. La caratteristica dell'operazione asincrona è che non ha bisogno di accodarsi come un'operazione sincrona. Quando il nodo terminale ha bisogno di trasmettere dati, si collegherà al gateway, piuttosto che attendere un'ora specifica o fare la coda per il completamento delle attività di thread. Il nodo terminale è in uno stato di sospensione prima di trasmettere i dati. Dopo che il nodo ha completato la trasmissione, entrerà immediatamente nello stato di sonno. Quando un nodo completa la trasmissione, l'altro può avviare immediatamente la trasmissione. Non c'è lacuna nella comunicazione. Poiché la classe A è una trasmissione asincrona, la collisione è inevitabile. La capacità massima teorica di una rete Aloha pura è di circa 18.4% del massimo. Se due nodi si svegliano contemporaneamente e decidono di trasmettere sullo stesso canale utilizzando le stesse impostazioni radio, si scontreranno e si scontreranno.
La classe B consente di inviare informazioni al nodo terminale. Il gateway LoRaWAN invia un beacon ogni 128 secondi. Tutte le stazioni base LoRaWAN inviano anche messaggi beacon. I loro orologi interni sono sincroni e appartengono a un impulso al secondo (1PPS). Il satellite di sincronizzazione in orbita trasmetterà un messaggio all'inizio di ogni secondo, che può sincronizzare l'ora in tutto il mondo. La stazione base Lora Wan dipende anche da questo tempo di sincronizzazione. Ogni beacon inviato dal gateway assegna un intervallo di tempo di 128 secondi per dire al nodo quando ricevere il segnale.
La classe C consente al nodo di rimanere in ascolto a lungo senza dormire e può inviare messaggi di downlink in qualsiasi momento. La classe C è in stato di attivazione per lungo tempo e ha bisogno di consumare energia per mantenere lo stato di attivazione del nodo per monitorare il segnale ricevuto in tempo reale. Tutta la classe C consuma molta energia e non è adatta per l'alimentazione a batteria. Viene utilizzato principalmente in scenari in cui l'alimentazione può essere stabile.
Perché usare LoRaWAN invece di WiFi?, Bluetooth, Zigbee, e altro ancora
LoRaWAN ha i suoi scenari applicativi con WiFi, Bluetooth, ZigBee, cellulari, eccetera. nella trasmissione a lunga distanza, LoRaWAN ha evidenti vantaggi rispetto agli altri. Wifi, ZigBee e Bluetooth utilizzano uno spettro a 2,4 GHz. Il vantaggio di questo spettro è che può trasportare una grande quantità di informazioni e una velocità elevata, ma non è una buona scelta per i sensori wireless.
- Lo spettro a 2,4 GHz si indebolisce rapidamente nell'aria. Il sensore di rete di questo protocollo di comunicazione di solito ha un raggio di connessione molto breve, e la penetrazione fisica dello spettro a 2,4 GHz è molto scarsa. La maggior parte dei segnali non può penetrare altri blocchi stradali come la costruzione di muri. Nella vita quotidiana, nell'angolo o in un'area chiusa come cantina o servizi igienici, il segnale WiFi in sala sarà molto debole o sostanzialmente assente. I sistemi di automazione domestica che utilizzano protocolli come Zigbee spesso scoprono che non possono connettersi alla stanza successiva. D'altra parte, L'attrezzatura LoRa può raggiungere distanze di diverse miglia in un ambiente all'aperto e può funzionare bene attraverso ostacoli come edifici o attrezzature.
- lo spettro a 2,4 GHz è molto “rumoroso”, il che significa che ci sono dispositivi a 2,4 GHz intorno a noi che competono per il tempo di trasmissione, che influisce sulla qualità del collegamento. La frequenza operativa di LoRa negli Stati Uniti è di 915 MHz, quindi non interferirà con il WiFi locale e la maggior parte degli altri dispositivi wireless.
- Wifi, un protocollo di comunicazione di rete, è molto carente nella gestione delle chiavi e nella prevenzione e nel controllo della sicurezza della rete, ed è molto scomodo da usare in molte occasioni. Per esempio, se un router WiFi connesso a più dispositivi vuole cambiare la password di connessione, è necessario modificare la password di connessione di tutti i dispositivi terminali WiFi connessi. però, se il dispositivo terminale WiFi è un piccolo dispositivo elettronico alimentato a batteria che non soddisfa l'utente, è difficile connettersi al server WiFi che ha cambiato la password. Nella vita, Il WiFi è generalmente utilizzato sugli smartphone, televisori intelligenti, laptop e altri dispositivi. Questi dispositivi dispongono di schermi e librerie per modificare facilmente le password. Ma ricollegare il router WiFi è molto difficile per i semplici sensori alimentati a batteria.. D'altra parte, LoRaWAN configura e protegge le apparecchiature in modi diversi. La chiave non è una singola password definita sul server web, ma è derivato dal sensore stesso e ha un valore univoco che può essere fornito sul server web (di solito nel cloud). Tutti i sensori a ponte radio hanno una coppia ID/chiave univoca, consentendo una configurazione e una gestione della sicurezza efficienti.
- Il consumo della batteria di dispositivi terminali come WiFi, Bluetooth, ZigBee e i dispositivi cellulari mobili sono relativamente alti. Questi dispositivi inviano una grande quantità di informazioni sul segnale, e lo spettro si indebolisce rapidamente, e la potenza trasmessa è relativamente alta, in modo da garantire una certa copertura. Questi dispositivi devono mantenere una comunicazione regolare con il gateway o la stazione base per mantenere lo stato di connessione. D'altra parte, I dispositivi LoRaWAN possono entrare in una modalità di sospensione profonda e svegliarsi solo quando necessario per inviare nuovi eventi. Nella maggior parte delle applicazioni, ciò consente una durata della batteria pari a 5 a 10 anni.
LoRa è una tecnologia di modulazione radio utilizzata per reti LAN wireless nella categoria della tecnologia di rete LPWA. LoRaWAN è una rete (protocollo) che usa LoRa.
Guarda nel futuro di LoRaWAN
L'Internet delle cose a bassa potenza è più ampiamente utilizzato nella costruzione di città intelligenti. Con l'approfondimento della costruzione di smart city, si presterà sempre più attenzione alle applicazioni di percezione urbana. Questo tipo di applicazione Internet delle cose ha i suoi punti speciali: enorme connessione, bassa frequenza di comunicazione, basso consumo energetico, ambiente di copertura complesso e sensibilità ai costi elevati. Perciò, Internet delle cose a bassa potenza è più adatto per la percezione urbana Sistema di applicazione dell'Internet delle cose.
Perché la tecnologia LoRa attira l'attenzione del settore?? La tecnologia LoRa ha un'ampia prospettiva di applicazione in molti campi con prestazioni eccellenti e forma di rete flessibile. Inoltre, l'architettura di implementazione della trasmissione a lunga distanza LoRa, le tre modalità di comportamento di LoRaWAN, e l'architettura tipica e l'applicazione di LoRa. Oltre ai sistemi di monitoraggio del fumo, sistemi di monitoraggio dell'ambiente energetico, sistemi di monitoraggio del risparmio energetico dell'aria condizionata e sistemi di monitoraggio delle cure intelligenti, la divulgazione dell'Internet delle cose dovrebbe essere basata su persone orientate. Sicurezza della vita, trasporto e cure mediche, inquinamento ambientale, i problemi alimentari e le risorse umane sono tutti campi di applicazione verticale di Internet delle cose che sono stati ampiamente interessati per lungo tempo, LoRa ha più vantaggi rispetto ad altre tecnologie di comunicazione in questi scenari.
L'era dell'interconnessione di tutte le cose è anche l'era dei dati come il re. però, in molti casi, se gli oggetti intelligenti non hanno informazioni sulla posizione corrispondenti, significa che i dati sono “caotico” e il valore disponibile sarà notevolmente ridotto. Con il vigoroso sviluppo dell'industria dell'Internet delle cose negli ultimi due anni, anche la domanda di tecnologia di posizionamento in vari scenari applicativi dell'Internet delle cose è notevolmente aumentata. Attualmente, ci sono dozzine o addirittura centinaia di tipi di tecnologia di posizionamento, e ogni tecnologia di posizionamento ha i suoi vantaggi e svantaggi e scenari applicativi adeguati.
LoRa è applicabile alle aree locali con maggiore densità e ha le caratteristiche di relativamente indipendente, segnale più forte e costi inferiori. Perciò, LoRa deve avere un posto nel futuro ampio mercato dell'oceano blu dell'Internet delle cose. Per quanto riguarda la futura prospettiva di sviluppo di LoRa, dipende ancora dalla promozione congiunta delle persone del settore.
