1. ¿Qué es LoRa?
LPWAN (low-power Wide-Area Network, low-power wide area network) is designed for IoT applications with low bandwidth, low power consumption, long distance, and a large number of connections. LoRa already has a more mature ecological chain and a faster pace of commercialization, and is expected to maintain an exponential growth rate in the next few years.
Wireless technologies in IoT applications are mainly divided into two types. One is short-range wireless technology, such as Bluetooth/WiFi/ZigBee. The other is the technology that makes up the wide area network, such as 2G/3G/4G. The advantages and disadvantages of each technology are very obvious. Before the emergence of LPWAN technology, usually only one could be chosen between long distance and low power consumption. After the emergence of LPWAN technology, the problem of fish and bear’s paw can be said to be balanced. In addition to achieving longer distance communication and ultra-low power consumption, it can also save additional repeater costs.
LoRa es una tecnología muy representativa de la tecnología de comunicación LPWAN. Se trata de una solución de transmisión inalámbrica de ultra larga distancia basada en la tecnología de espectro ensanchado adoptada y promovida por la empresa estadounidense Semtech. Esta solución de transmisión cambia las anteriores consideraciones de compromiso entre distancia de transmisión y consumo de energía. método, proporcionando un sistema sencillo que puede lograr larga distancia, larga duración de la batería y gran capacidad, ampliando así la red de sensores. En la actualidad, LoRa opera principalmente en bandas de frecuencia libres de todo el mundo, como 433, 868, 915MHz, etc.
2. ¿Cuáles son las ventajas y características de LoRa?
1. Mejor sensibilidad de recepción y menor consumo de energía.
El presupuesto de enlace de hasta 157db permite que la distancia de comunicación sea de hasta 15 kilómetros (dependiendo del entorno). Su corriente de recepción es de sólo 10 mA y su corriente de reposo es de 200 nA, lo que retrasa enormemente la duración de la batería.
2. La pasarela/concentrador basada en esta tecnología admite el procesamiento paralelo de múltiples canales y múltiples velocidades de datos, y la capacidad del sistema es grande.
La pasarela es el puente entre el nodo y la red IP (a través de 2G/3G/4G o Ethernet). Cada pasarela puede gestionar 5 millones de comunicaciones entre nodos al día (suponiendo que se envían 10 Bytes cada vez y la ocupación de la red es de 10%). Si la pasarela se instala en la ubicación de una estación base de comunicaciones móviles existente con una potencia de transmisión de 20dBm (100mW), puede cubrir unos 2 kilómetros en un entorno urbano densamente construido, y en suburbios de menor densidad, la cobertura puede alcanzar los 10 kilómetros.
3. Los sistemas basados en terminales y concentradores/gateways pueden soportar el alcance y el posicionamiento.
La medición de distancia de LoRa se basa en el tiempo de transmisión aérea de la señal en lugar del tradicional RSSI (Received Signal Sterngth Ind-ication), mientras que el posicionamiento se basa en la medición de la diferencia de tiempo de transmisión aérea entre varios puntos (pasarelas) y un punto (nodo). Su precisión de posicionamiento puede alcanzar los 5 m (suponiendo un alcance de 10 km).
3. ¿Cuál es la arquitectura de red de LoRa?
The LoRa network mainly consists of terminals (can have built-in LoRa modules ), gateways (or base stations), network servers and application servers. Its network architecture is a typical star topology. In this network architecture, the LoRa gateway is a transparent transmission relay that connects the terminal device and the back-end central server. End devices communicate with one or more gateways using a single hop. There is two-way communication between all nodes and the gateway.
Los nodos terminales de LoRa pueden ser diversos dispositivos, como contadores de agua y gas, detectores de humo, rastreadores de mascotas, etc. Estos nodos se conectan primero a la pasarela LoRa a través de la comunicación inalámbrica LoRa y, a continuación, se conectan al servidor de red a través de la red 3G o la red Ethernet. La pasarela y el servidor de red se comunican a través del protocolo TCP/IP.
Equipos terminales LoRa
Los nodos terminales de LoRa pueden ser diversos dispositivos, como contadores de agua y gas, detectores de humo, rastreadores de mascotas, etc. Estos nodos se conectan primero a la pasarela LoRa a través de la comunicación inalámbrica LoRa y, a continuación, se conectan al servidor de red a través de la red 3G o la red Ethernet. La pasarela y el servidor de red se comunican a través del protocolo TCP/IP.
La red LoRa divide los dispositivos terminales en tres categorías: A/B/C:
Class A: Two-way communication terminal equipment. This type of terminal device allows two-way communication, and each terminal device’s upstream transmission is accompanied by two downstream reception windows. The transmission time slot of the terminal device is based on its own communication needs, and its fine-tuning is based on the ALOHA protocol.
Los equipos de clase A son los que consumen menos energía, y la comunicación de enlace descendente de la estación base sólo puede producirse después de la comunicación de enlace ascendente del terminal.
Class B: Two-way communication terminal equipment with preset reception time slots. This type of terminal equipment will open redundant receiving windows during the preset time. To achieve this purpose, the terminal equipment will receive a Beacon from the gateway synchronously, and synchronize the time of the base station and the module through the Beacon.
Los terminales de clase B pueden hacer saber a la estación base que el terminal está recibiendo datos
Class C: Two-way communication terminal equipment with maximum receive window. Terminal devices of this type keep the receive window open and only close it during transmission.
Los dispositivos de clase C tienen la ventana de recepción más larga y consumen más energía
4. Escenarios de aplicación de LoRa
Las redes basadas en LoRaWAN pueden proporcionar una comunicación bidireccional segura a larga distancia y cubrir zonas urbanas con una infraestructura de red mínima. LoRa se utilizará ampliamente en diversos escenarios de aplicación, como la agricultura inteligente, los edificios inteligentes y la logística inteligente.
1. Agricultura inteligente
Para la agricultura se necesitan urgentemente sensores de bajo consumo y bajo coste. La aplicación de sensores como los de temperatura y humedad, dióxido de carbono y salinidad es de gran importancia para la agricultura a la hora de aumentar la producción y reducir el consumo de agua. Sin embargo, estos indicadores de datos no cambiarán significativamente en un corto periodo de tiempo, y el volumen de datos es pequeño y requiere un rendimiento en tiempo real. No es elevado, por lo que LoRa es sin duda la mejor opción.
2. Edificios inteligentes
Para la renovación de edificios, se añaden sensores como los de temperatura y humedad, seguridad, gases nocivos y monitorización del flujo de agua, y la información de monitorización se carga regularmente, lo que facilita la supervisión de los gestores y la hace más cómoda para los usuarios. En general, la comunicación de estos sensores no necesita ser especialmente frecuente ni garantizar una calidad de servicio especialmente buena. Al mismo tiempo, una pasarela doméstica portátil puede satisfacer las necesidades, por lo que LoRa es una opción más adecuada en este escenario.
3. Fabricación automatizada
En el entorno de la producción industrial automatizada, se aplica un gran número de tecnologías inteligentes y en la red se intercambian diversos datos de información. Por tanto, las características de la red seleccionada están directamente relacionadas con la calidad de ejecución del plan de producción. Algunos escenarios requieren sensores de bajo coste con bajo consumo de energía y baterías de larga duración para rastrear los equipos y supervisar su estado. En este caso, LoRa es una opción razonable.
4. Logística inteligente
En logistics industry covers a very broad geographical area, so when choosing a network, the first considerations are low investment and long working life. In order to be able to track pallets and determine the location and status of goods, freight companies need all the facilities involved in the entire logistics process to be covered by the network.
This not only requires the network nodes to be economical enough to facilitate large-scale deployment, but also to have mobility to make them can be installed on transport vehicles as a mobile gateway. In this way, NB-IoT technology that relies on 4G base station network obviously cannot meet this requirement. LoRa’s low cost, high battery life, high mobility, and communication stability during high-speed movement make it unique in the field of smart logistics. Lead the way.
En la nueva ola de desarrollo del Internet de las cosas, en el ámbito de las redes de área extensa de baja potencia, en el contexto del despliegue y la aplicación a gran escala en los mercados desarrollados, los participantes nacionales también están utilizando la sabiduría abierta para promover el despliegue y la implantación a gran escala de las redes LoRa en el país. Aplicación, creo que con el aumento de las aplicaciones de la industria, esta red LoRa a nivel de operador nacional formada sobre la base del concepto de economía colaborativa también se convertirá en el área central de la disposición global de LoRa.
At present, the world’s two mainstream IoT networks, NB-IoT and LoRa, are developing rapidly in China. According to relevant departments, more than a thousand IoT application products have been launched in various provinces in China. It is reported that 70% of companies are actively seeking mature, reliable and quickly implemented IoT products. Most companies purchase LoRa IoT solutions from IOTRouter Technology Co., Ltd. It develops LoRa IoT products on behalf of others in order to quickly develop IoT business and become the leader in IoT in cities across the country. The situation of “Looking at China for the development of the world’s Internet of Things” is gradually taking shape.
Resuma
Low Power Wide Area Network (LPWAN) is an indispensable part of the Internet of Things. It has flexible and scalable characteristics and can be large or small. This is required in the growth and exploration stage of the Internet of Things industry. It can It is said to be the most suitable technology for the Internet of Things. LoRa is safe and reliable, with features such as two-way authentication, end-to-end encryption and integrity protection. It is comprehensive and forward-looking in terms of security design. However, IoT security cannot be ignored and requires the industry’s joint efforts to continue to promote it.