Siamo ormai nell'era dell'Internet degli oggetti. Con il rapido sviluppo dell'Internet degli oggetti, anche la tecnologia di comunicazione wireless si è sviluppata rapidamente. Tra le varie tecnologie di connessione a livello di rete dell'Internet degli oggetti, non solo è necessaria la tecnologia 5G con velocità e stabilità maggiori, ma anche un basso consumo energetico. , tecnologia LPWAN (Low-Power Wide-Area Network, rete ad ampio raggio a bassa potenza) a lunga distanza e grande connessione.
Tra questi, LoRa WAN stands out for its unique flexibility and is recognized by the IoT community. When it comes to LoRaWAN, we have to mention LoRa. LoRa is a subset of LoRaWan. It is a modulation technology of the physical layer. It uses linear modulation and spread spectrum, which can significantly improve the receiving sensitivity and achieve farther than other modulation methods. communication distance. As one of the mainstream LPWAN technologies, LoRa is empowering the transformation of the Internet of Things in smart cities.
LoRa: tecnologia IoT wide-area a bassa potenza facile da costruire e da implementare
Il nome LoRa è Long Range Radio. Si tratta di una tecnologia di modulazione lineare di frequenza a spettro diffuso, lanciata per la prima volta da Cycleo, una startup fondata da alcuni giovani in Francia. Nel 2012, Semtech ha acquisito l'azienda e questa tecnologia di modulazione è stata inserita nel chip; è stata sviluppata una serie completa di soluzioni di chip di comunicazione LoRa basate sulla tecnologia LoRa, tra cui diversi chip LoRa per gateway e terminali, aprendo la strada alla commercializzazione dei chip LoRa.
Tuttavia, un semplice chip ricetrasmittente basato sulla tecnologia di modulazione LoRa non è sufficiente per sfruttare il vasto mercato IoT. Nel successivo processo di sviluppo, grazie alla LoRa Alliance avviata da diversi produttori e al lancio della specifica LoRaWAN in continua evoluzione, è nato un sistema standard di rete ad ampio raggio supportato da centinaia di produttori in tutto il mondo, formando così un ampio ecosistema industriale.
Gli standard tecnici, i progetti di prodotto, i casi applicativi, ecc. che promuovono questo ecosistema sono tutti processi a cui partecipano più produttori. Questi sono anche gli elementi più critici nella formazione dell'attuale enorme ecosistema industriale e non sono di proprietà di una singola azienda Semtech, come LoRaWAN. La specifica è uno standard aperto a cui partecipano diversi produttori in tutto il mondo. Qualsiasi organizzazione o individuo può sviluppare prodotti e implementare reti basate su questa specifica.
Compared with most networks that adopt mesh topology, it is easy to continuously expand the network scale. However, the disadvantage is that various unrelated nodes are used to forward messages and the routing is circuitous, which increases the system complexity and total power consumption. LoRa uses a star topology (TMD networking method). The gateways are connected to the terminal nodes in a star shape, but the terminal nodes are not bound to a unique gateway. On the contrary, the uplink data of the terminal nodes can be sent to multiple gateways. Theoretically, users can achieve flexible networking through Mesh, point-to-point or star network protocols and architectures.
Architettura della rete LoRa
LoRa mainly operates in free frequency bands around the world (i.e. unlicensed frequency bands), including 433, 868, 915MHz, etc. The LoRa network architecture consists of four parts: terminal node, gateway, network server and application server. Application data can be transmitted in both directions.
LoRa è un livello fisico o una modulazione wireless che crea connessioni di comunicazione a lunga distanza. Rispetto alla tradizionale tecnologia FSK e alla tecnologia a radiofrequenza a breve distanza, che non offrono stabilità e sicurezza sufficienti, LoRa si basa sulla tecnologia di modulazione CSS (Chirp Spread Spectrum) mantenendo un basso consumo energetico. Allo stesso tempo, la portata della comunicazione è notevolmente aumentata e la tecnologia CSS è stata ampiamente utilizzata nelle comunicazioni militari e spaziali per decenni. Ha le caratteristiche di una lunga distanza di trasmissione e di una forte anti-interferenza.
Inoltre, la tecnologia LoRa non richiede la costruzione di stazioni base. Un gateway può controllare molti dispositivi e il metodo di layout della rete è più flessibile, il che può ridurre notevolmente i costi di costruzione.
Grazie al basso consumo energetico, alla lunga distanza di trasmissione e alla flessibilità della rete, LoRa è ampiamente diffuso nelle comunità intelligenti, nelle case e negli edifici intelligenti e nei contatori intelligenti. L'agricoltura intelligente, la logistica intelligente e altri settori verticali, con ampie prospettive.
Sintesi delle caratteristiche di LoRa:
- Distanza di trasmissione: fino a 2-5Km in città e 15Km in periferia.
- Frequenza di lavoro: La banda di frequenza ISM comprende 433, 868, 915MH, ecc.
- Standard: IEEE 802.15.4g.
- Metodo di modulazione: Basato sulla tecnologia a spettro diffuso, una variante della modulazione lineare a spettro diffuso (CSS), con capacità di correzione degli errori in avanti (FEC), una tecnologia brevettata di proprietà della società Semtech.
- Capacità: Un gateway LoRa può collegare migliaia di nodi LoRa.
- Durata della batteria: fino a 10 anni.
- Sicurezza: Crittografia AES128.
- Velocità di trasmissione: da alcune centinaia a decine di Kbps. Più bassa è la velocità, più lunga è la distanza di trasmissione. È come se una persona raccogliesse degli oggetti. Se si sceglie di più, non si potrà andare molto lontano, ma se si sceglie di meno, si potrà andare più lontano.
Stato di sviluppo di LoRa
A partire dal 2014, il primo gruppo di aziende nazionali ha iniziato a sviluppare prodotti legati a LoRa. Negli ultimi cinque anni, LoRa si è trasformato da una piccola tecnologia wireless utilizzata in un'area ristretta a uno standard de facto conosciuto da tutti nel campo dell'Internet delle cose.
All'inizio dello scorso anno, l'Ufficio per la gestione delle radiocomunicazioni del Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione ha emesso un parere sui "Requisiti tecnici per le apparecchiature di trasmissione radio a breve distanza di micropotenza (bozza per commenti)", in cui si afferma che l'uso della banda di frequenza 470-510MHz è consentito per i microfoni senza fili, in particolare per le apparecchiature radio utilizzate per trasmettere suoni. Allo stesso tempo, si sottolinea che "l'uso è limitato a un singolo punto di frequenza e non può essere utilizzato per applicazioni di rete". Una bozza di richiesta di commenti sulle applicazioni di rete LoRa ha ricevuto un'ampia attenzione da parte degli addetti ai lavori, mettendo in difficoltà lo sviluppo delle reti LoRa in Cina.
Alla fine, grazie agli sforzi di tutti gli operatori del settore, i regolamenti del Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione non hanno stabilito chiaramente che non è possibile creare reti, ma che è possibile utilizzare reti locali, e sono state anche eliminate le restrizioni su applicazioni specifiche, risolvendo così l'incertezza dello sviluppo nazionale di LoRa. D'altra parte, l'adesione alla LoRa Alliance di alcuni grandi colossi di Internet, come Tencent, Google e Alibaba, ha portato un forte sostegno all'ecosistema LoRa e ha affrontato congiuntamente i problemi che LoRa ha dovuto affrontare nel processo di sviluppo.
I giganti della tecnologia sono entrati in LoRa e si sono uniti alla LoRa Alliance. È evidente che ogni azienda spera di utilizzare LoRa come punto di ingresso per affermare la propria posizione nell'Internet delle cose e nell'Internet industriale. I due grandi colossi di Internet, Alibaba e Tencent, considerano LoRa un importante punto di ingresso per il loro layout IoT. La piattaforma LinkWAN e la piattaforma TTN che promuovono sono molto evidenti nel guidare le fasi a monte e a valle della catena industriale. Inoltre, anche gruppi come China Telecom, China Unicom e Broadcasting and Television hanno iniziato a sviluppare il settore LoRa per promuoverne ulteriormente l'applicazione in vari settori.
A giudicare dall'attuale struttura del mercato, migliaia di aziende nazionali hanno partecipato all'ecosistema industriale LoRa, mostrando un modello di partecipazione congiunta di grandi, medie e piccole imprese, imprese tradizionali e imprese Internet. L'ambiente industriale nazionale per lo sviluppo di LoRa continua a migliorare e anche la forza della LoRa Alliance sta crescendo.
Secondo le informazioni, le spedizioni di chip LoRa a livello nazionale hanno raggiunto decine di milioni nel 2018. Tra questi, i produttori di moduli e contatori hanno rappresentato la maggior parte della quota di acquisto, seguiti dai produttori di stazioni base. Inoltre, in Cina vi è un gran numero di produttori di moduli e terminali dispersi che acquistano direttamente i chip LoRa. Sebbene siano tutti in piccoli lotti, la scala totale è considerevole.
For most module, terminal, system and application manufacturers, they are neutral with regard to various technologies, and the choice of which technical route to take is mostly a purely market-oriented behavior. LoRa chips are important underlying components that support the entire industry, but the formation of the entire industrial structure depends on the joint efforts of multiple forces, which has already been formed in China. It has become an industry consensus that LoRa-related products are highly flexible, not only because they can independently deploy networks in various environments, but also because developers of all types can choose multiple platforms and quickly receive development support.
Nell'ultimo anno, LoRa ha avuto anche un gran numero di applicazioni industriali in campi verticali come le smart city, i parchi intelligenti, gli edifici intelligenti e la sicurezza intelligente.