LPWAN dominują w branży IoT. Jak sama nazwa wskazuje, LPWAN to grupa standardów bezprzewodowych mających na celu optymalizację dwóch metryk dla Internetu Rzeczy:
Standardy LPWAN różnią się od bezprzewodowych sieci osobistych (PATELNIA) technologie takie jak Zigbee, Bluetooth, i inni. Chociaż ten ostatni może być używany do Internetu Rzeczy, zakres i zakres ich stosowania są ograniczone. Najbardziej prosperującą technologią LPWAN jest LoRaWAN IoT.
Na podstawie wymagań dotyczących przepustowości, IoT jest podzielony na trzy segmenty rynku:
Urządzenia LoRaWAN i dostępny protokół LoRaWAN umożliwiają inteligentne działanie aplikacji IoT, które rozwiązują niektóre z najbardziej palących problemów na świecie, w tym magazynowanie energii, ochrona zasobów naturalnych, ochrona przed zanieczyszczeniami, niezawodność infrastruktury, gotowość na wypadek katastrofy, i więcej. Systemy LoRa firmy Semtech i protokół LoRaWAN mają długą listę zastosowań w inteligentnym opomiarowaniu, inteligentne domy, inteligentny łańcuch dostaw i logistyka, inteligentne miasta, inteligentne rolnictwo, i inne obszary.
Należy zauważyć, że LoRa nie jest samą implementacją LPWAN. Chip umożliwiający modulację jest znany jako LoRa. W dowolnej konfiguracji sieci, do utworzenia sieci potrzebna jest warstwa MAC. LoRa Alliance utrzymuje warstwę LoRaWAN MAC, która jest synonimem chipów LoRa. Chociaż termin LoRa jest często używany w odniesieniu do całego protokołu, ten dokument używałby ścisłego opisu LoRa, aby odróżnić Symphony Link firmy Link Labs, który wykorzystuje zastrzeżoną warstwę MAC na chipie LoRa.
Specyfikacja LoRaWAN IoT to rodzaj technologii LoRa, która wykorzystuje sieci rozległe o niskim poborze mocy (LPWAN) protokół. Protokół LoRaWAN wykorzystuje widmo radiowe w medycynie (IZM) Przemysłowy, i zespół naukowy do bezprzewodowego łączenia materiałów zasilanych bateryjnie z Internetem w stanie, krajowy, lub globalne sieci. W niniejszej specyfikacji określono protokół LoRaWAN wraz z parametrami warstwy fizycznej LoRa między urządzeniami a infrastrukturą, co pozwala na płynną interoperacyjność między urządzeniami.
W architekturze sieci LoRaWAN IoT, który jest zaimplementowany w topologii gwiazdy-gwiazda, bramy przesyłają komunikaty między urządzeniami końcowymi a centralnym procesorem sieci. Warstwa fizyczna LoRa wykorzystuje łączność bezprzewodową, aby skorzystać z dalekiego zasięgu, umożliwienie jednopunktowej komunikacji pomiędzy urządzeniem końcowym a jedną lub kilkoma bramami. Łączność dwukierunkowa jest możliwa w obu typach, i grupy multicastowe są obsługiwane w celu efektywnego wykorzystania widma podczas zadań takich jak Firmware Over The Air (ZDJĘCIE) aktualizacje lub inne wiadomości masowego dostarczania.
Urządzenia końcowe
Aby zbudować urządzenia końcowe, które będą łączyć się z sieciami LoRaWAN IoT, producenci komputerów będą zależeć od standardów LoRa Alliance i programów kwalifikacyjnych. Mogą również szybciej dotrzeć na rynek, korzystając z ustalonych ofert projektów referencyjnych oferowanych przez niektórych dostawców, w oparciu o ich doświadczenie w LoRa w sieciach IoT, efektywnie włączyć sieci LoRaWAN do swojego projektu, a także uzyskać najlepsze praktyki w zakresie komunikacji komputerowej i wymiany danych w sieci.
Sieć radiowa
Bramy LoRaWAN IoT, które mogą pomieścić wiele czujników i umożliwiają wdrażanie sieci prywatnych i publicznych, może być używany w dowolnym miejscu. Bramki umożliwiają dwukierunkową komunikację i mogą jednocześnie przetwarzać komunikaty z dużej liczby urządzeń końcowych z czujnikami LoRa. Ponieważ bramy LoRa są tańsze niż komórkowe stacje bazowe, zwiększenie przepustowości sieci jest tak proste, jak instalacja większej liczby bramek. Bramy mogą akceptować wszystko od 8 do 64 kanały, umożliwienie sieci obsługi milionów wiadomości każdego dnia. Wydajność sieci radiowej (zasięg, krzepkość, występ, czas pracy, i niezawodność) jest wprost proporcjonalna do jakości bramek.
Sieć centralna
Serwer sieciowy LoRaWAN IoT (LNS) może być zainstalowany na miejscu lub hostowany na platformach w chmurze. Kieruje pakiety uzyskane z kilku bramek do serwera aplikacji po ich przetworzeniu. Aby wdrożyć i obsługiwać wysokowydajną sieć LoRaWAN IoT, będziesz potrzebować potężnych zasobów do śledzenia, dostosuj, kontrola, i rozwiązywać problemy z bramami, a także przyznać żądaną sieć QoS. Niektórzy dostawcy zapewniają kompleksową gamę narzędzi do zarządzania, zwany Systemem Wsparcia Operacji (nas), w oparciu o wiedzę z zakresu sieci komórkowych, w celu efektywnej orkiestracji całej sieci w czasie rzeczywistym i zagwarantowania jej doskonałej dostępności do przetwarzania danych o znaczeniu krytycznym.
Serwery aplikacji
Interfejsy API mogą być używane do łączenia funkcji Radio Access Network bezpośrednio z repozytoriami aplikacji i pulpitami nawigacyjnymi, ułatwienie konfiguracji i zarządzania siecią LoRa i IoT. Właściciele firm powinni rozszerzyć możliwości serwera aplikacji o usługi dodane, takie jak dostęp do urządzeń końcowych lub geolokalizacja, a także tworzyć innowacyjne usługi, które generują przyrostowe źródła przychodów, jak najlepiej wykorzystać technologię sieci radiowych i rdzeniowych.
LoRaWAN IoT wykorzystuje trzy klasy urządzeń w komunikacji dalekiego zasięgu.
Klasa A (obowiązkowy dla wszystkich).
Urządzenia klasy A otwierają dwa krótkie okna czasowe odbioru po każdej transmisji (oznaczone jako RX1 i RX2).
Można skonfigurować odstępy od zakończenia transmisji do otwarcia pierwszego i drugiego okna czasowego, ale musi być taki sam dla wszystkich urządzeń w danej sieci (RECEIVE_DELAY1, RECEIVE_DELAY2). Używane kanały częstotliwości i szybkości transmisji dla gniazd RX1 i RX2 mogą się różnić. Zalecane wartości podane są w osobnym dokumencie – „LoRaWAN Regional Parameters” dostępnym na stronie LoRa Alliance.
Urządzenia klasy A charakteryzują się najniższym zużyciem energii, ale do przeniesienia wiadomości z serwera na urządzenie końcowe, musisz poczekać na następną wiadomość wychodzącą z tego urządzenia.
Klasa B (Latarnia morska)
Oprócz okien odbioru zdefiniowanych dla urządzeń klasy A, Urządzenia klasy B otwierają dodatkowe okna odbioru zgodnie z harmonogramem. Aby zsynchronizować godziny otwarcia dodatkowych, odbieraj okna, bramy emitują sygnały nawigacyjne. Wszystkie bramy, które są częścią tej samej sieci, muszą jednocześnie emitować sygnały nawigacyjne. Sygnał nawigacyjny zawiera identyfikator sieci i znacznik czasu (UTC).
Zastosowanie klasy B zapewnia, że podczas odpytywania punktów końcowych, opóźnienie odpowiedzi nie przekroczy pewnej kwoty określonej przez okres beaconów.
Klasa C (Ciągły)
Urządzenia klasy C są prawie cały czas w trybie odbioru, z wyjątkiem interwałów, w których przesyłają wiadomości. Z wyjątkiem okna czasowego RX1, Terminal wykorzystuje parametry odbioru RX2;.
Klasa C może być stosowana tam, gdzie nie jest konieczne oszczędzanie energii z całą jej mocą (liczniki energii elektrycznej) lub gdy konieczne jest odpytywanie urządzeń końcowych w dowolnym czasie.
Wybierając szybkości transmisji danych, stworzysz złożony kompromis między zasięgiem kontaktu a czasem trwania wiadomości. Ponadto, Technologia rozproszonego widma zapewnia, że łączność z wieloma DR nie jest ze sobą w konflikcie, w wyniku czego powstaje seria interaktywnych kanałów „kodowych”, które zwiększają przepustowość bramki. Serwer sieci LoRaWAN wykorzystuje Adaptive Data Rate (ADR) schemat monitorowania ustawienia DR i wydajności wyjściowej RF dla każdego punktu końcowego niezależnie w celu optymalizacji żywotności baterii punktu końcowego i całkowitej przepustowości sieci.
Uwierzytelnianie urządzeń:
Istnieją dwie techniki weryfikacji obsługiwane przez LoRa.
Klucze sesji sieciowej i programowej, a także wstępnie przydzielony 32-bitowy adres sieci komputerowej, służą do konfiguracji urządzeń, podobny do statycznego przydzielania adresu IP.
OTAA umożliwia urządzeniom przesyłanie żądania komunikacji do serwera sieciowego, który następnie uwierzytelnia komputer i przypisuje mu adres oraz token do uzyskania kluczy sesji. Klucze sesji sieci i aplikacji są uzyskiwane podczas procedury połączenia z publicznego klucza aplikacji, który został wcześniej udostępniony na urządzeniu.
Przepustowość nie ma wpływu na częstotliwość chirp LoRa. Częstotliwość ćwierkania wynosi, wprawdzie, proporcjonalna do przepustowości. Biorąc pod uwagę, że symbol LoRa składa się z sygnałów 2SF, które obejmują całe pasmo częstotliwości (SF oznacza współczynnik rozrzutu log2), interakcja między amplitudą chirp a przepustowością ma wiele implikacji:
Aby przekazać fizyczne ramki, LoRa wykorzystuje podstawową strukturę:
Każda wiadomość zaczyna się od nagłówka w górę, który koduje słowo synchronizacji, obejmując całe pasmo częstotliwości. Termin „sync” odróżnia sieć LoRa od sieci działających w tym samym zakresie częstotliwości.
Opcjonalny nagłówek określa rozmiar ładunku, współczynnik kodowania, oraz czy występuje CRC ładunku.
Po nagłówku następuje ładunek i opcjonalny CRC.
Wpływa na rosnące wykorzystanie LoRa dla Internetu Rzeczy, przerabianie, i zarządzanie otaczającym nas światem. Technologia ta umożliwiła znaczne postępy w szybkiej wymianie wiarygodnych danych, i zaowocowało zwiększoną produktywnością dla organizacji, od małych przedsiębiorstw po duże miasta. Poniższa część omawia znaczenie technologii LoRa.
To tak, jakby technologia IoT dojrzewała, i istnieje wiele powodów, dla których sieci oparte na LoRa stają się coraz bardziej preferowaną siecią dla inżynierów projektantów pracujących nad różnymi najnowocześniejszymi aplikacjami IoT. Oczywiście, niezawodność, bezpieczeństwo, i skalowalność są ważne, ale zdolność technologii do działania na odległość do 20 kilometrów przy wykorzystaniu ułamka mocy wymaganej przez inne platformy również jest atrakcyjna. Te cechy sprawiają, że LoRa idealnie nadaje się do dwukierunkowej transmisji danych w inteligentnych budynkach, Inteligentne miasta, a nawet między krajami, i pozwolą IoT odgrywać coraz ważniejszą rolę w życiu praktycznie każdego człowieka.
Ze względu na niezrównane tempo i siłę sygnału, 5Technologia G zyskuje na popularności. Umożliwiłoby to podłączonym urządzeniom udostępnianie danych do 50% szybciej i w znacznie większych kawałkach, torując drogę do rewolucji we wszystkich branżach.
Aby stworzyć sieć 5G w danej lokalizacji, konkretne sieci muszą być budowane od podstaw. Pomimo faktu, że 5G jest przed 4G, potrzebuje nowoczesnych routerów, sieci tkanin, i wieże nadajnika.
Ta infrastruktura jest kosztowna i wymaga dużo czasu na instalację. Według Komisji Europejskiej, wprowadzenie 5G do dowolnego miasta w Europie kosztowałoby 500 miliardów euro.
Ponadto, klienci i dostawcy do tej pory byli obojętni wobec technologii 5G ze względu na ich określony wpływ na zdrowie ludzi.
LoRa/LoRaWAN będzie wykonywać wiele takich samych czynności jak 5G, choć w wolniejszym i tańszym tempie. Wątpliwe, czy użyjesz LoRa do przesyłania wideo lub audio. Prędkość LoRa jest pomiędzy 0.3 oraz 27 kilobity na sekundę, co gwarantuje, że przesyłanie obrazu zajmie wiele godzin, a strumieniowanie wideo zajmie dziesięciolecia.
LoRa, z drugiej strony, ma wiele innych zastosowań.
System powstał z myślą o przemysłowych czujnikach IoT, nie dla elektroniki użytkowej. Służy do wysyłania małych pakietów danych (na około 240 bajty) i nie ma sieciowego stosu IP. W rezultacie, LoRa będzie przekazywać temperaturę, wilgotność, wibracja, oświetlenie, i inne powiązane szczegóły.
Wąskopasmowy Internet rzeczy (NB-IoT) sieci są używane przez niektóre komputery z obsługą LoRa. NB-IoT to sieć rozległa o niskim poborze mocy (LPWAN) specyfikacja stworzona przez te same organizacje, które wyprodukowały protokoły 4G i 5G.
Innymi słowy, jest to technologia komórkowa, która:
NB-IoT nie wymagałby budowy określonej infrastruktury; wymaga to tylko instalacji aplikacji. W rezultacie, taka sieć szybko się skaluje, aby dotrzeć do milionów użytkowników. Jednakże, w porównaniu do systemów LoRa, ilość takich urządzeń jest znacznie mniejsza.
Największą wadą jest to, że NB-IoT zużywa dużo energii elektrycznej, co powoduje, że baterie baterii szybko się rozładowują.
NB-IoT zależy od szyfrowania hop-by-hop, który staje się coraz bardziej przestarzały, podczas gdy LoRaWAN wykorzystuje szyfrowanie typu end-to-end, który jest nowym mechanizmem protokołu bezpieczeństwa.
AWS LoRaWAN IoT to przyszłość LoRaWAN. AWS łączy LoRa i IoT, tworząc jedną zarządzalną platformę chmurową. Poprzez bramki LoRaWAN, Urządzenia LoRaWAN łączą się z AWS IoT Core. Reguły AWS IoT będą przesyłać komunikaty systemu LoRaWAN do innych zasobów AWS i przetwarzać je w celu sformatowania wyników.
Zasady usługi i systemu, które AWS IoT Core musi kontrolować i łączyć się z bramami i urządzeniami LoRaWAN są zarządzane przez LoRaWAN AWS IoT Core. Miejsca docelowe, które definiują reguły AWS IoT, które przesyłają dane systemowe do innych dostawców, są również zarządzane przez LoRaWAN IoT Core.
LoRa to opatentowane widmo rozproszone częstotliwości. w 2008, Francuska firma Cycleo opatentowała technologię, i w 2012 Semtech to kupił. Od tego momentu, LoRaWAN wystartował. Semtechowi udało się przykuć uwagę IBM i Cisco w nowej technologii, który później wszedł do LoRa Alliance.
LoRaWAN (Sieci rozległe dalekiego zasięgu) jest wdrożony w wolnym od licencji spektrum częstotliwości.
Urządzenia w sieci LoRaWAN asynchronicznie przesyłają dane do wysłania do bramki. Kilka bram, które otrzymują te informacje, wysyła pakiety danych do scentralizowanego serwera w sieci, a stamtąd do serwerów aplikacji.
Sojusz LoRa to ten, który kontroluje protokół na całym świecie. Sojusz łączy ponad 500 firmy sprzętowe i programowe oraz operatorzy LoRaWAN.
Usługi komunikacyjne LoRaWAN są świadczone przez: 42 operatorów w ponad 250 miasta całego świata.
„LoRa IoT” (kanał łączący urządzenia końcowe z punktem dostępowym operatora), zbudowany w technologii LoRaWAN, można scharakteryzować trzema cechami: "daleko, autonomiczny przez długi czas, i ekonomiczne”.
Sieci LoRaWAN charakteryzują się dużą szybkością wdrażania (od dwóch dni) i proste uruchomienie. Topologia gwiazdy tworzy duży promień zasięgu dla każdej stacji bazowej i eliminuje sprzęt pośredni.
Dzięki ADR (Szybkość transmisji danych autodostrajania) tryb, urządzenia końcowe są aktywne tylko podczas przesyłania danych. Ten, w połączeniu z niską mocą samego nadajnika, pozwala na autonomiczną pracę urządzenia do 10 lat z jednej baterii, a także zwiększyć liczbę urządzeń komunikujących się z jedną stacją bazową i skalować sieć.
Niski koszt stacji bazowych i węzłów końcowych pozwala na wdrożenie niektórych rozwiązań do 10 razy taniej w porównaniu do systemów niskoprądowych takich jak ZigBee czy GSM / GPRS.
LoRa to otwarty standard, a to pozwala uniknąć monopolu i zależności od konkretnych producentów sprzętu. Kolejną zaletą otwartości jest zjednoczenie programistów i producentów wykorzystujących tę technologię w sojuszu, co pozwala szybciej i skuteczniej ją rozwijać i promować.
Ze względu na te cechy, LoRaWAN jest idealnym rozwiązaniem dla systemów o wysokich wymaganiach dotyczących stabilności komunikacji na duże odległości i niskiego zużycia energii, umożliwienie urządzeniom końcowym samodzielnej pracy bez ładowania przez długi czas. Zatem, możliwe jest łączenie w jeden system różnego rodzaju urządzeń – lamp ulicznych, urządzenia pomiarowe do zużycia usług mieszkaniowych i komunalnych (Elektryczność, woda, gaz, ciepło), flota pojazdów (kontrola ruchu, zużycie paliwa), urządzenia bezpieczeństwa (kontrola dostępu), itp. , a także tworzyć zupełnie nowe rozwiązania w zakresie usług komunikacyjnych, monitorowanie, telematyka, telemechanika, wysyłanie, ZAPYTAJ, APCS, systemy inteligentnego domu i inteligentnego miasta, itp.
LoRaWAN jest zazwyczaj dystrybuowany w widmie nielicencjonowanym, umożliwienie każdemu zbudowania sieci IoT/LPWAN opartej na LoRaWAN. Dzięki temu możliwe są trzy modele wdrożeniowe:
Oparte na operatorze: W ramach tego konwencjonalnego modelu, operator inwestuje w budowę sieci krajowej i świadczy usługi łączności tylko swoim abonentom.
Oparte na przedsiębiorstwie: Ponieważ LoRaWAN działa w paśmie nielicencjonowanym, a bramy są stosunkowo niedrogie i proste w instalacji, ten model pozwala klientom komercyjnym na założenie własnej sieci prywatnej.
Model hybrydowy: Ze względu na otwartą konstrukcję, LoRaWAN tworzy najbardziej intrygujący paradygmat hybrydowy, co nie jest wykonalne lub trudne w innych konkurencyjnych technologiach LPWA lub Cellular IoT (ze względu na licencjonowane widmo). Wewnątrz 3GPP, są projekty takie jak CBRS, jednak wciąż pracują i są dalekie od gotowości na wdrożenia IoT na dużą skalę. Model ten umożliwia współpracę publiczno-prywatną w celu dzielenia się wydatkami i sprzedażą sieci, przy jednoczesnym zagęszczeniu sieci, w której aplikacje i usługi są najbardziej rozpowszechnione. Ponieważ kilka bramek zaakceptuje wiadomości LoRaWAN, a serwer sieciowy eliminuje redundancję, ten model jest możliwy. W sytuacjach, gdy sieć obsługuje kilku operatorów/przedsiębiorstw, Sojusz LoRa zaakceptował już architekturę roamingową, która umożliwia operatorom współdzielenie sieci. Model ten zmniejsza wydatki operatora, jednocześnie zapewniając transformacyjny model biznesowy do wdrażania możliwości IoT tam, gdzie jest to najbardziej wymagane. W ostatniej części artykułu pokazujemy, w jaki sposób potencjał LoRaWAN skaluje się znacząco wraz z gęstością bramy.
Inteligentne budynki zmieniają nasze życie i pracę, oferując niespotykany dotąd poziom komfortu, efektywność, oraz…
IoT stał się siłą transformacyjną w naszym połączonym świecie. It’s like the magical key…
Imagine a world without light...scary, Prawidłowy? We’d all be stumbling around in the dark like…
Wejdź do fascynującego świata inteligentnej automatyki biurowej, where technology takes center stage and…
Lasy mogą być trudne do obserwacji. Są duże, and the tangle of…
Stres wodny spowodowany intensywnym upałem może być szkodliwy dla wzrostu roślin, especially for small…