Co to jest LoRaWAN?

Co to jest LoRa i LoRaWAN?

LoRa to nowy standard komunikacji w Internecie Rzeczy, który jest powszechnie używany do przesyłania danych o małym sygnale na bardzo duże odległości. Czujniki LoRa zazwyczaj mają małą moc, niskie zużycie energii, i długa żywotność baterii. LoRa to skrót tego słowa “Daleki zasięg”. Od nazwy, widać, że główną cechą LoRa jest duża odległość transmisji. Schemat modulacji sygnału LoRa, opracowany przez firmę Semtech, zapewnia doskonały margines łącza. Czułość sygnału LoRa jest bardzo wysoka, więc LoRa może utrzymywać komunikację na duże odległości, nawet w hałaśliwym otoczeniu. Podobny do innych technologii LPAWAN, takich jak NB-IoT, LoRa zazwyczaj działa przy niższych szybkościach transmisji danych, co dodatkowo zwiększa zapas łącza. Ze względu na niską szybkość transmisji danych, LoRa nie nadaje się do scenariuszy wymagających dużych opóźnień danych.

LoRaWAN to standard komunikacyjny protokołu LPWAN oparty na chipie LoRa, który jest przeznaczony do zdalnego połączenia IoT. LoRaWAN pierwotnie nosił nazwę LoRaMAC, który jest zestawem protokołów komunikacyjnych i architektury systemu opartych na projekcie sieci komunikacji dalekobieżnej LoRa. Zgodnie z tradycyjnym protokołem komunikacyjnym, LoRaWAN to warstwa MAC, a LoRa to warstwa fizyczna. LoRaWAN to otwarty standard sieci, i jego kontrola dostępu do warstwy łącza danych (PROCHOWIEC) jest utrzymywany przez Sojusz LoRa.

Co to są bramy LoRaWAN i serwery w chmurze LoRaWAN

Bramka LoRaWAN to złącze sieciowe LoRa, który może konwertować protokół komunikacji sieciowej LoRa na protokół TCP/IP, i przesłać dane urządzenia LoRaWAN do sieci. Jest to podobne do konfigurowania przemysłowego routera bezprzewodowego w celu podłączenia urządzeń Wi-Fi do sieci. Bramy są zwykle wdrażane przez użytkowników lub dostawców rozwiązań i są zwykle wdrażane w odległych centrach regionalnych bez innych typów pokrycia.

ten Serwer w chmurze LoRaWAN to centrum usług w chmurze, które zarządza połączeniami urządzeń i komunikacją. Serwer WWW może być serwerem fizycznym lub serwerem w chmurze. Gdy serwer WWW znajduje się w chmurze, tak jak usługa hostingowa, brama działa w tzw “przekazywanie pakietów” tryb, który po prostu przekazuje wszystkie oryginalne pakiety danych LoRa w powietrzu do serwera WWW i serwera WWW. W tym trybie, wszystkie informacje, takie jak szyfrowanie danych i deszyfrowanie pakietów, zarządzanie urządzeniami i połączenie, analiza i przetwarzanie danych są przechowywane w ECS, co ułatwia zarządzanie i modernizację serwera oraz łatwiejsze odczytywanie i przetwarzanie danych.

Jak działa LoRaWAN?

Pod względem struktury sieci, Protokół bezprzewodowy LoRaWAN jest bardzo prosty. Jego struktura sieciowa to topologia gwiazdy, co sprzyja urządzeniom końcowym LoRaWAN w celu zwiększenia zasięgu komunikacji i zmniejszenia zużycia energii;. Po demonstracji i teście, ta struktura gwiazdy jest bardziej odpowiednia dla tego rodzaju scenariusza aplikacji Internetu rzeczy o niskim zużyciu energii i dużej powierzchni niż struktura sieci.

Układ sieci w topologii gwiazdy to centralny tryb przetwarzania danych. Każde urządzenie końcowe LoRaWAN przesyła dane do wielu bram LoRaWAN, a następnie brama LoRaWAN przesyła dane do serwera centralnego. Centralny serwer centralnie zarządza i przetwarza zebrane dane, a serwer zakończy planowanie wiadomości, dochodzenie w sprawie bezpieczeństwa, i wykrywanie nadmiarowości danych. Serwer centralny przekazuje pewne informacje o urządzeniach końcowych LoRaWAN zgodnie z danymi, aby LoRaWAN mógł wykonać określoną odpowiedź.

Dwie oczywiste zalety protokołu LoRaWAN

1. Wygodniejsze śledzenie: bramy nie muszą się ze sobą komunikować. Informacje o węźle końcowym są rozgłaszane. Sygnał węzła końcowego może być odbierany przez wiele bramek. Kierunek i położenie węzła końcowego można z grubsza określić na podstawie różnicy czasu między informacjami odebranymi przez bramę. Ta logika i algorytm są stosunkowo proste.
2. Prostszy link informacyjny: brama jest używana tylko jako pomost do realizacji transmisji informacji między terminalem węzła a serwerem. Nie ma wzajemnej komunikacji między bramą a bramą, a link informacyjny jest świeży i prosty.

Typy urządzeń LoRaWAN: Klasa A, Klasa B i Klasa C

Klasa A to operacja asynchroniczna. Cechą operacji asynchronicznej jest to, że nie wymaga ona kolejkowania jak operacja synchroniczna. Kiedy węzeł końcowy musi przesłać dane, połączy się z bramą, zamiast czekać na konkretną godzinę lub stać w kolejce do zakończenia zadań wątków. Węzeł końcowy jest w stanie uśpienia przed przesłaniem danych. Gdy węzeł zakończy transmisję, natychmiast przejdzie w stan uśpienia;. Gdy jeden węzeł zakończy transmisję, drugi może natychmiast rozpocząć transmisję. Nie ma luki w komunikacji. Ponieważ klasa A to transmisja asynchroniczna, kolizja jest nieunikniona. Teoretyczna maksymalna pojemność czystej sieci Aloha wynosi około 18.4% z maksimum. Jeśli dwa węzły obudzą się w tym samym czasie i zdecydują się na transmisję na tym samym kanale przy tych samych ustawieniach radia, będą się zderzać i zderzają się.

Klasa B umożliwia wysyłanie informacji do węzła końcowego. Bramka LoRaWAN wysyła sygnał co 128 sekundy. Wszystkie stacje bazowe LoRaWAN wysyłają również komunikaty beacon. Ich wewnętrzne zegary są synchroniczne i należą do jednego impulsu na sekundę (1PPS). Satelita synchronizacyjny na orbicie będzie przesyłał wiadomość na początku każdej sekundy, który może synchronizować czas na całym świecie. Stacja bazowa Lora Wan również zależy od tego czasu synchronizacji. Każdy sygnał nawigacyjny wysłany przez bramę przydziela odstęp czasowy 128 sekund, aby powiedzieć węzłowi, kiedy ma odebrać sygnał.

Klasa C pozwala węzłowi na słuchanie przez długi czas bez snu i może wysyłać wiadomości w łączu w dół w dowolnym momencie. Klasa C jest w stanie wybudzenia przez długi czas i musi zużywać energię, aby utrzymać stan wybudzenia węzła, aby monitorować odbierany sygnał w czasie rzeczywistym. Wszystkie klasy C zużywają dużo energii i nie nadają się do zasilania bateryjnego. Jest używany głównie w scenariuszach, w których zasilanie może być stabilne.

Dlaczego warto korzystać z LoRaWAN zamiast Wi-Fi?, Bluetooth, Zigbee, i więcej

LoRaWAN ma własne scenariusze aplikacji z WiFi, Bluetooth, ZigBee, telefony komórkowe, itp. w transmisji na duże odległości, LoRaWAN ma oczywistą przewagę nad innymi. Wi-Fi, ZigBee i Bluetooth wykorzystują pasmo 2,4 GHz. Zaletą tego widma jest to, że może przenosić dużą ilość informacji i dużą prędkość, ale nie jest to dobry wybór dla czujników bezprzewodowych.

1. Widmo 2,4 GHz szybko słabnie w powietrzu. Czujnik sieciowy tego protokołu komunikacyjnego ma zwykle bardzo krótki zasięg połączenia, a fizyczna penetracja widma 2,4 GHz jest bardzo słaba. Większość sygnałów nie może przenikać przez inne przeszkody, takie jak ściany budynków. W codziennym życiu, w rogu lub zamkniętym obszarze, takim jak piwnica lub toaleta, sygnał WiFi w przedpokoju będzie bardzo słaby lub w zasadzie nie będzie. Systemy automatyki domowej korzystające z protokołów takich jak Zigbee często stwierdzają, że nie mogą połączyć się z sąsiednim pokojem. Z drugiej strony, Sprzęt LoRa może osiągnąć odległość kilku mil w środowisku otwartym i może dobrze radzić sobie z przeszkodami, takimi jak budynki lub sprzęt.
2. widmo 2,4 GHz jest bardzo “hałaśliwy”, co oznacza, że ​​wokół nas są urządzenia 2,4 GHz konkurujące o czas transmisji, co wpływa na jakość linku. Częstotliwość pracy LoRa w Stanach Zjednoczonych wynosi 915 MHz, więc nie będzie kolidować z lokalnym Wi-Fi i większością innych urządzeń bezprzewodowych.
3. Wi-Fi, protokół komunikacji sieciowej, jest bardzo słaby w zarządzaniu kluczami oraz zapobieganiu i kontroli bezpieczeństwa sieci, i jest bardzo niewygodny w użyciu przy wielu okazjach. Na przykład, jeśli router Wi-Fi podłączony do wielu urządzeń chce zmienić hasło połączenia, musisz zmienić hasło połączenia wszystkich podłączonych urządzeń końcowych WiFi. Jednakże, jeśli urządzenie końcowe WiFi jest małym, zasilanym bateryjnie urządzeniem elektronicznym, które nie spełnia wymagań użytkownika, trudno połączyć się z serwerem WiFi, który zmienił hasło. W życiu, Wi-Fi jest powszechnie używane w smartfonach, telewizory inteligentne, laptopy i inne urządzenia. Urządzenia te mają ekrany i biblioteki umożliwiające łatwą zmianę haseł. Jednak ponowne podłączenie routera WiFi jest bardzo trudne w przypadku prostych czujników zasilanych bateryjnie.. Z drugiej strony, LoRaWAN konfiguruje i chroni sprzęt na różne sposoby. Klucz nie jest pojedynczym hasłem zdefiniowanym na serwerze WWW, ale pochodzi z samego czujnika i ma unikalną wartość, którą można podać na serwerze WWW (zwykle w chmurze). Wszystkie czujniki mostków radiowych mają unikalną parę identyfikatorów/kluczy, umożliwiające sprawną konfigurację i zarządzanie bezpieczeństwem.
4. Zużycie baterii przez urządzenia końcowe, takie jak WiFi, Bluetooth, ZigBee i urządzenia mobilne są stosunkowo wysokie. Urządzenia te wysyłają dużą ilość informacji o sygnale, a widmo szybko słabnie, a przesyłana moc jest stosunkowo wysoka, tak, aby zapewnić pewien zasięg. Urządzenia te muszą utrzymywać regularną komunikację z bramą lub stacją bazową w celu utrzymania stanu połączenia. Z drugiej strony, Urządzenia LoRaWAN mogą przechodzić w tryb głębokiego uśpienia i budzić się tylko wtedy, gdy jest to konieczne do wysłania w celu dostarczenia nowych zdarzeń. W większości zastosowań, dzięki temu żywotność baterii może być tak długa, jak 5 do 10 lat.

LoRa to technologia modulacji radiowej stosowana w bezprzewodowych sieciach LAN w kategorii technologii sieciowych LPWA. LoRaWAN to sieć (protokół) który używa LoRa.

Spójrz w przyszłość LoRaWAN

Internet rzeczy o małej mocy jest coraz szerzej wykorzystywany w budowaniu inteligentnych miast. Wraz z pogłębieniem budowy inteligentnych miast, Coraz więcej uwagi będzie poświęcane aplikacjom percepcji miejskiej. Ten rodzaj aplikacji Internetu rzeczy ma swoje szczególne cechy: ogromne połączenie, niska częstotliwość komunikacji, niskie zużycie energii, złożone środowisko zasięgu i wysoka czułość kosztowa. W związku z tym, Internet rzeczy o niskim poborze mocy jest bardziej odpowiedni do percepcji miejskiej System aplikacji Internetu rzeczy.

Dlaczego technologia LoRa przyciąga uwagę branży? Technologia LoRa ma szerokie perspektywy zastosowań w wielu dziedzinach dzięki doskonałej wydajności i elastycznej formie sieciowej. Ponadto, architektura implementacji transmisji dalekosiężnej LoRa, trzy tryby zachowania LoRaWAN, oraz typową architekturę i zastosowanie LoRa. Oprócz systemów monitorowania dymu, systemy monitorowania środowiska energetycznego,, energooszczędne systemy monitoringu klimatyzacji oraz inteligentne systemy monitoringu opieki, popularyzacja Internetu rzeczy powinna opierać się na ludziach. Bezpieczeństwo życia, transport i leczenie, zanieczyszczenie środowiska, problemy z żywnością i zasobami ludzkimi to pionowe obszary zastosowań Internetu rzeczy, które od dawna są szeroko przedmiotem zainteresowania, LoRa ma więcej zalet niż inne technologie komunikacyjne w tych scenariuszach.

Era wzajemnego połączenia wszystkich rzeczy jest także erą danych jako króla. Jednakże, w wielu przypadkach, jeśli inteligentne obiekty nie mają odpowiednich informacji o lokalizacji, oznacza to, że dane są “chaotyczny” a dostępna wartość zostanie znacznie zmniejszona. Wraz z dynamicznym rozwojem branży Internetu rzeczy w ciągu ostatnich dwóch lat, znacznie wzrosło również zapotrzebowanie na technologię pozycjonowania w różnych scenariuszach zastosowań Internetu rzeczy. Obecnie, istnieją dziesiątki, a nawet setki rodzajów technologii pozycjonowania, a każda technologia pozycjonowania ma swoje zalety i wady oraz odpowiednie scenariusze zastosowania.

LoRa ma zastosowanie do lokalnych obszarów o większej gęstości i ma cechy stosunkowo niezależne, silniejszy sygnał i niższy koszt. W związku z tym, LoRa musi mieć miejsce na przyszłym szerokim rynku błękitnego oceanu Internetu rzeczy. Jeśli chodzi o perspektywę przyszłego rozwoju LoRa, nadal zależy to od wspólnej promocji ludzi z branży.