Wat is LoRa en LoRaWAN??
LoRa is een nieuwe communicatiestandaard voor het Internet of Things, die gewoonlijk wordt gebruikt voor gegevensoverdracht met kleine signalen over zeer lange afstanden. LoRa-sensoren hebben meestal een laag vermogen, laag energieverbruik, en lange batterijduur. LoRa is de afkorting van het woord “Langeafstand”. van de naam, het is te zien dat het belangrijkste kenmerk van LoRa de lange transmissieafstand is. LoRa’s signal modulation scheme, ontwikkeld door Semtech, maakt een uitstekende linkmarge mogelijk. LoRa’s signal sensitivity is very high, zodat LoRa communicatie over lange afstanden kan onderhouden, zelfs in lawaaierige omgevingen. Vergelijkbaar met andere LPAWAN-technologieën zoals NB-IoT, LoRa werkt doorgaans met lagere datasnelheden, wat de link-headroom verder vergroot. Vanwege de lage datasnelheid, LoRa is niet geschikt voor scenario's die een hoge datavertraging vereisen.
LoRaWAN is een communicatiestandaard van het LPWAN-protocol op basis van de LoRa-chip, die is ontworpen voor externe IoT-verbinding. LoRaWAN heette oorspronkelijk LoRaMAC, dat is een set communicatieprotocollen en systeemarchitectuur gebaseerd op LoRa-netwerkontwerp voor langeafstandscommunicatie. Volgens het traditionele communicatieprotocol, LoRaWAN is de MAC-laag, en LoRa is de fysieke laag. LoRaWAN is een open netwerkstandaard, en de toegangscontrole voor de datalinklaag (MAC) wordt onderhouden door de LoRa Alliantie.
Wat zijn LoRaWAN-gateways en LoRaWAN-cloudservers
De LoRaWAN-gateway is een LoRa-netwerkconnector, die het LoRa-netwerkcommunicatieprotocol kan converteren naar het TCP/IP-protocol, en verzend de gegevens van het LoRaWAN-apparaat naar het netwerk. Dit is vergelijkbaar met het opzetten van een industriële draadloze router om wifi-apparaten met het netwerk te verbinden. Gateways worden meestal ingezet door gebruikers of leveranciers van oplossingen en worden meestal ingezet in afgelegen regionale centra zonder andere soorten dekking.
De LoRaWAN-cloudserver is een cloudservicecentrum dat apparaatverbindingen en communicatie beheert. De webserver kan een fysieke server of een cloudserver zijn. Wanneer de webserver in de cloud staat, zoals de hostingservice, de gateway werkt in een zgn “pakket doorsturen” modus, die gewoon alle originele LoRa-datapakketten in de lucht doorgeeft aan de webserver en de webserver. In deze modus, alle informatie zoals gegevensversleuteling en pakketontsleuteling, apparaatbeheer en verbinding, data-analyse en verwerking worden opgeslagen in het ECS, waardoor het gemakkelijker wordt om de server te beheren en te upgraden en om gegevens gemakkelijker te lezen en te verwerken.
Hoe werkt LoRaWAN?
In termen van netwerkstructuur, LoRaWAN’s wireless protocol is very simple. De netwerkstructuur is een stertopologie, wat bevorderlijk is voor LoRaWAN-eindapparatuur om het communicatiebereik te vergroten en het stroomverbruik te verminderen;. Na demonstratie en test, deze sterstructuur is meer geschikt voor dit soort Internet of Things-toepassingsscenario met een laag stroomverbruik en een groot oppervlak dan de rasterstructuur.
De netwerklay-out van de stertopologie is de centrale gegevensverwerkingsmodus. Elk LoRaWAN-eindapparaat verzendt de gegevens naar meerdere LoRaWAN-gateways, en vervolgens verzendt de LoRaWAN-gateway de gegevens naar de centrale server. De centrale server beheert en verwerkt centraal de verzamelde gegevens, en de server voltooit de berichtplanning, veiligheidsonderzoek, en redundantiedetectie van de gegevens. De centrale server koppelt wat informatie van LoRaWAN-eindapparatuur terug aan de hand van de gegevens, zodat LoRaWAN een bepaald antwoord kan geven.
Twee voor de hand liggende voordelen van het LoRaWAN-protocol
- Handiger volgen: de gateways hoeven niet met elkaar te communiceren. De informatie van het eindknooppunt wordt uitgezonden. Het signaal van een eindknooppunt kan door meerdere gateways worden ontvangen. De richting en positie van het eindknooppunt kan ruwweg worden bepaald aan de hand van het tijdsverschil tussen de informatie die door de gateway wordt ontvangen. Deze logica en algoritme zijn relatief eenvoudig.
- Eenvoudiger informatielink: de gateway wordt alleen gebruikt als een brug om de informatieoverdracht tussen de knooppuntterminal en de server te realiseren;. Er is geen onderlinge communicatie tussen de gateway en de gateway, en de informatielink is fris en eenvoudig.
LoRaWAN-apparaattypen: Klasse A, eerste klasse, Klasse B en Klasse C
Klasse A is een asynchrone bewerking. Het kenmerk van de asynchrone bewerking is dat deze niet in de wachtrij hoeft te staan zoals bij een synchrone bewerking. Wanneer het eindknooppunt gegevens moet verzenden, het zal verbinding maken met de gateway, in plaats van te wachten op een specifieke tijd of in de rij te staan voor het voltooien van threadtaken. Het eindknooppunt bevindt zich in een slaapstand voordat gegevens worden verzonden. Nadat het knooppunt de verzending heeft voltooid, het zal onmiddellijk in de slaapstand gaan. Wanneer een knooppunt de verzending voltooit, de ander kan onmiddellijk beginnen met verzenden. Er is geen hiaat in de communicatie. Aangezien klasse A asynchrone transmissie is,, botsing is onvermijdelijk. De theoretische maximale capaciteit van een puur Aloha-netwerk is ongeveer 18.4% van het maximum. Als twee nodes tegelijkertijd wakker worden en besluiten om op hetzelfde kanaal te zenden met dezelfde radio-instellingen, ze zullen botsen en botsen.
Met klasse B kan informatie naar het terminalknooppunt worden verzonden. LoRaWAN-gateway verzendt elke 128 seconden. Alle LoRaWAN-basisstations verzenden ook bakenberichten. Hun interne klokken zijn synchroon en horen bij één puls per seconde (1PPS). De synchronisatiesatelliet in een baan om de aarde zendt aan het begin van elke seconde een bericht, die de tijd over de hele wereld kan synchroniseren. Lora Wan-basisstation is ook afhankelijk van deze synchronisatietijd. Elk baken dat door de gateway wordt verzonden, wijst een tijdsverschil van . toe 128 seconden om het knooppunt te vertellen wanneer het signaal moet worden ontvangen.
Met klasse C kan het knooppunt lang blijven luisteren zonder te slapen en kan het op elk moment downlink-berichten verzenden. Klasse C bevindt zich lange tijd in de wekstatus en moet energie verbruiken om de wekstatus van het knooppunt te behouden om het ontvangen signaal in realtime te bewaken. Alle klasse C verbruikt veel energie en is niet geschikt voor batterijvoeding. Het wordt voornamelijk gebruikt in scenario's waar de voeding stabiel kan zijn.
Waarom LoRaWAN gebruiken in plaats van WiFi, Bluetooth, Zigbee, en meer
LoRaWAN heeft zijn eigen toepassingsscenario's met WiFi, Bluetooth, ZigBee, mobieltjes, enz. bij langeafstandstransmissie, LoRaWAN heeft duidelijke voordelen ten opzichte van de andere. Wifi, ZigBee en Bluetooth gebruiken een 2,4GHz-spectrum. Het voordeel van dit spectrum is dat het een grote hoeveelheid informatie en hoge snelheid kan bevatten, maar het is geen goede keuze voor draadloze sensoren.
- Het 2,4 GHz-spectrum verzwakt snel in de lucht. De netwerksensor van dit communicatieprotocol heeft meestal een zeer kort verbindingsbereik, en de fysieke penetratie van het 2,4 GHz-spectrum is erg slecht. De meeste signalen kunnen andere wegversperringen zoals het bouwen van muren niet binnendringen. In het dagelijkse leven, in de hoek of afgesloten ruimte zoals kelder of toilet, het wifi-signaal in de hal zal erg zwak of vrijwel afwezig zijn. Domoticasystemen die protocollen zoals Zigbee gebruiken, merken vaak dat ze geen verbinding kunnen maken met de volgende kamer. Aan de andere kant, LoRa-apparatuur kan afstanden van enkele kilometers bereiken in een open lucht en kan goed presteren door obstakels zoals gebouwen of apparatuur.
- het 2,4 GHz-spectrum is erg “luidruchtig”, wat betekent dat er 2,4 GHz-apparaten om ons heen zijn die strijden om uitzendtijd, wat de kwaliteit van de link beïnvloedt. De werkfrequentie van LoRa in de Verenigde Staten is 915MHz, dus het zal niet interfereren met lokale wifi en de meeste andere draadloze apparaten.
- Wifi, een netwerkcommunicatieprotocol, is zeer slecht in sleutelbeheer en preventie en controle van netwerkbeveiliging, en het is erg onhandig om bij veel gelegenheden te gebruiken. Bijvoorbeeld, als een wifi-router die is verbonden met meerdere apparaten het verbindingswachtwoord wil wijzigen, u moet het verbindingswachtwoord van alle aangesloten WiFi-eindapparaten wijzigen. echter, als het WiFi-eindapparaat een klein elektronisch apparaat op batterijen is dat niet voldoet aan de gebruiker, het is moeilijk om verbinding te maken met de wifi-server die het wachtwoord heeft gewijzigd. In het leven, WiFi wordt over het algemeen gebruikt op smartphones, smart-tv's, laptops en andere apparaten. Deze apparaten hebben beeldschermen en bibliotheken om eenvoudig wachtwoorden te wijzigen. Maar het opnieuw verbinden van de wifi-router is erg moeilijk voor eenvoudige sensoren op batterijen.. Aan de andere kant, LoRaWAN configureert en beschermt apparatuur op verschillende manieren. De sleutel is geen enkel wachtwoord gedefinieerd op de webserver, maar is afgeleid van de sensor zelf en heeft een unieke waarde die op de webserver kan worden aangeleverd (meestal in de cloud). Alle draadloze bridge-sensoren hebben een uniek ID/sleutelpaar, waardoor een efficiënte configuratie en beheer van de beveiliging mogelijk is.
- Het batterijverbruik van eindapparaten zoals WiFi, Bluetooth, ZigBee en mobiele mobiele apparaten is relatief hoog. Deze apparaten verzenden een grote hoeveelheid signaalinformatie, en het spectrum verzwakt snel, en het uitgezonden vermogen is relatief hoog;, om een bepaalde dekking te garanderen. Deze apparaten moeten regelmatig communiceren met de gateway of het basisstation om de verbindingsstatus te behouden. Aan de andere kant, LoRaWAN-apparaten kunnen in een diepe slaapmodus gaan en alleen wakker worden als dat nodig is om nieuwe gebeurtenissen te verzenden. In de meeste toepassingen, hierdoor kan de levensduur van de batterij zo lang zijn als 5 tot 10 jaar.
LoRa is een radiomodulatietechnologie die wordt gebruikt voor draadloze LAN-netwerken in de categorie LPWA-netwerktechnologie. LoRaWAN is een netwerk (protocol) die LoRa . gebruikt.
Kijk in de toekomst van LoRaWAN
Internet of things met laag vermogen wordt op grotere schaal gebruikt in de bouw van slimme steden. Met de verdieping van smart city constructie, stedelijke belevingstoepassingen krijgen steeds meer aandacht. Dit soort Internet of Things-applicatie heeft zijn speciale punten: enorme verbinding, lage communicatiefrequentie, laag energieverbruik, complexe dekkingsomgeving en hoge kostengevoeligheid. Daarom, low-power Internet of things is meer geschikt voor stedelijke perceptie Internet of things-toepassingssysteem.
Waarom trekt LoRa-technologie de aandacht van de industrie?? LoRa-technologie heeft een breed toepassingsperspectief op veel gebieden met uitstekende prestaties en een flexibele netwerkvorm. Daarnaast, de implementatiearchitectuur van LoRa-transmissie over lange afstanden, de drie gedragsmodi van LoRaWAN, en de typische architectuur en toepassing van LoRa. Naast de rookbewakingssystemen, bewakingssystemen voor energieomgevingen, airconditioning energiebesparende bewakingssystemen en intelligente zorgbewakingssystemen, de popularisering van het internet der dingen moet gebaseerd zijn op mensgericht. Leven veiligheid, vervoer en medische behandeling, milieuvervuiling, voedselproblemen en human resources zijn allemaal verticale toepassingsgebieden van het internet der dingen waar we ons al heel lang zorgen over maken, LoRa heeft in deze scenario's meer voordelen dan andere communicatietechnologieën.
Het tijdperk van onderlinge verbinding van alle dingen is ook het tijdperk van data als de koning. echter, vaak, als intelligente objecten geen corresponderende locatie-informatie hebben, het betekent dat de gegevens “chaotisch” en de beschikbare waarde zal sterk worden verminderd. Met de krachtige ontwikkeling van de Internet of Things-industrie in de afgelopen twee jaar, de vraag naar positioneringstechnologie in verschillende toepassingsscenario's van het internet der dingen is ook sterk toegenomen. Momenteel, er zijn tientallen of zelfs honderden soorten positioneringstechnologie, en elke positioneringstechnologie heeft zijn eigen voor- en nadelen en geschikte toepassingsscenario's.
LoRa is van toepassing op lokale gebieden met een hogere dichtheid en heeft de kenmerken van relatief onafhankelijk, sterker signaal en lagere kosten. Daarom, LoRa moet een plaats krijgen in de toekomstige brede blauwe oceaanmarkt van het internet der dingen. Wat betreft het toekomstige ontwikkelingsperspectief van LoRa, het hangt nog steeds af van de gezamenlijke promotie van mensen in de industrie.
