Inleiding:
LoRa-apparaten en draadloze radiofrequentietechnologie vormen een IoT-oplossing voor grote afstanden en met laag stroomverbruik, die de afgelopen jaren op grote schaal is ingevoerd. Deze technologie stelt telecombedrijven, ontwikkelaars van IoT-toepassingen en systeemintegrators in staat om wereldwijd goedkope en onderling compatibele apparaten in te zetten. IoT-netwerken, gateways, sensoren, moduleproducten en IoT-diensten bieden de benodigde functionaliteit. Dit artikel begint bij het principe van de LoRa-technologie, beschrijft het technische concept en vat de technische kenmerken samen, en introduceert de huidige toepassingsmethoden van LoRa-technologie op vele gebieden, evenals het ontwikkelingsproces van deze technologie in binnen- en buitenland in de afgelopen jaren.
Engels:
LoRa-apparaten en radiofrequentietechnologie zijn oplossingen voor het Internet of Things (“IoT”) met een groot bereik en een laag stroomverbruik, die de afgelopen jaren op grote schaal zijn ingevoerd. Deze technologie stelt telecombedrijven, ontwikkelaars van IoT-toepassingen en systeemintegrators in staat om goedkope en wereldwijd interoperabele IoT-netwerken, gateways, sensoren, moduleproducten en IoT-diensten in te zetten en de vereiste combinatie van functies te bieden. Dit artikel begint met de principes van de LoRa-technologie, beschrijft de technische concepten en vat de technische kenmerken samen, en introduceert de toepassing van LoRa-technologie op tal van gebieden in de huidige fase, evenals het ontwikkelingsproces van deze technologie in China en daarbuiten in de afgelopen jaren.
Het werkingsprincipe van de LoRa-technologie
1.1 Technisch concept van LoRa
Er zijn talrijke draadloze technologieën in IoT-toepassingen, die op basis van het zendbereik in twee categorieën kunnen worden onderverdeeld. De ene categorie betreft communicatietechnologieën voor korte afstanden, waaronder ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth, enz.; de andere is draadloze communicatietechnologie voor lange afstanden, waaronder Wireless Wide Area Networks (WWAN) en Low Power Wide Area Networks (LPWAN), enz. Low-power wide area network-technologie is de afgelopen jaren wereldwijd een revolutionaire toegangstechnologie voor het Internet of Things geworden, en LoRa behoort tot dit technologische domein.
LoRa is gebaseerd op lineaire frequentie-spreidingsmodulatie (SSM), die dezelfde lage-stroomverbruikskenmerken behoudt als FSK-modulatie en de communicatieafstand aanzienlijk vergroot. Het verandert de eerdere afwegingen tussen zendafstand en stroomverbruik en biedt gebruikers een eenvoudige manier om systemen met een groot bereik, een lange batterijduur en een hoge capaciteit te realiseren voor het uitbreiden van sensornetwerken. LoRa werkt voornamelijk in vrije frequentiebanden over de hele wereld (d.w.z. vergunningsvrije frequentiebanden), waaronder 433, 868 en 915 MHz. Het LoRa-netwerk bestaat voornamelijk uit terminals (met ingebouwde LoRa-modules), gateways (of basisstations), applicatieservers en cloudopslag. Applicatiegegevens kunnen in beide richtingen worden verzonden.
LoRaWAN (LoRa Wide-Area Networks) definieert het communicatieprotocol en de systeemarchitectuur, legt de end-to-end-standaardspecificaties vast voor het gebruik van LoRa-technologie, met inbegrip van beveiliging op de IoT-markt, energie-efficiëntie, roaming en configuratie bij het aansluiten (on-boarding), enz., en vormt de normen van de LoRa Alliance voor haar leden.
1.2 Technische kenmerken van LoRa
(1) Groot communicatiebereik Het voordeel van LoRa ligt in het vermogen van deze technologie om over grote afstanden te communiceren. De technologie is gebaseerd op lineaire frequentiemodulatie met spread spectrum-modulatie. Het behoudt dezelfde lage stroomverbruikskenmerken als FSK-modulatie, maar vergroot de communicatieafstand aanzienlijk, tot wel Een linkbudget van 157 dB maakt communicatieafstanden tot 15 km mogelijk, en een enkele gateway of basisstation kan honderden vierkante kilometers bestrijken (de dekking hangt grotendeels af van de omgeving of obstakels). Het Proximus-netwerk dat in België is uitgerold, bestrijkt het grootste deel van het land met slechts een minimale hoeveelheid infrastructuur.
(2) Laag stroomverbruik/lange batterijduur LoRa is een van de communicatietechnologieën voor Low-Power Wide Area Networks (LPWAN). Het betreft een fysieke laag of draadloze modulatie die wordt gebruikt om communicatieverbindingen over lange afstanden tot stand te brengen. De ontvangststroom bedraagt slechts 10 mA en de slaapstroom 200 nA, wat de batterijduur aanzienlijk verlengt. Veel oudere draadloze systemen gebruiken FSK-modulatie (Frequency Shift Keying) als fysieke laag, omdat dit een zeer efficiënte modulatie is die een laag stroomverbruik oplevert. Knooppunten in een LoRaWAN-netwerk werken asynchroon en communiceren wanneer er gegevens klaar zijn om te worden verzonden, hetzij op basis van gebeurtenissen, hetzij volgens een schema. In recent onderzoek van de GSMA, waarin verschillende technologieën op het gebied van LPWAN werden vergeleken, bleek LoRaWAN een 3 tot 5 keer beter energieverbruik te hebben dan alle andere technologische opties.
(3) De LoRa-technologie, die zeer goed bestand is tegen interferentie, beschikt over een ultrahoge ontvangstgevoeligheid (RSSI) en een uiterst sterke signaal-ruisverhouding (SNR). De technologie maakt gebruik van frequentiesprongen en past frequentieverschuivingsmodulatie toe via pseudo-willekeurige codereeksen, waardoor de draaggolffrequentie continu verandert. Het spectrum wordt gewijzigd en gespreid om interferentie op vaste frequenties te voorkomen. Terminals met verschillende spreidingssequenties zullen elkaar niet storen, zelfs niet als ze tegelijkertijd op dezelfde frequentie uitzenden. Daarom kan de op deze basis ontwikkelde concentrator/gateway gegevens van meerdere knooppunten parallel ontvangen en verwerken, waardoor de capaciteit van het systeem aanzienlijk wordt uitgebreid.
capaciteit.
(4) Grote netwerkcapaciteit. Om het ‘remote star’-netwerk beschikbaar te maken, moet de gateway een zeer hoge capaciteit hebben, oftewel het vermogen om berichten van een groot aantal knooppunten te ontvangen. Een basisstation met grote capaciteit op basis van LoRa kan miljoenen berichten per dag verwerken, en één enkel basisstation kan duizenden apparaten ondersteunen. De hoge netwerkcapaciteit in LoRaWAN-netwerken wordt bij de gateway bereikt door gebruik te maken van adaptieve datasnelheden en door multi-channel multi-modem-transceivers in te zetten om berichten tegelijkertijd op meerdere kanalen te ontvangen.
(5) Dankzij goedkope, vergunningsvrije frequentiebanden, lage infrastructuurkosten en lage kosten voor knooppunten en terminals zijn de verbindingskosten van LoRa en LoRaWAN lager dan bij welke andere gestandaardiseerde communicatietechnologie dan ook. Lineair spread spectrum wordt al decennia lang gebruikt in militaire en ruimtevaartcommunicatie omdat het een groot communicatiebereik en weerstand tegen interferentie mogelijk maakt, en LoRa is de eerste goedkope implementatie voor commercieel gebruik.
(6) Hoge netwerkbeveiliging Beveiliging is van groot belang voor elk LPWAN. LoRaWAN biedt uitstekende bescherming van gegevens en privacy. Het is de veiligste oplossing op de markt op het gebied van LPWAN. 128-bits AES-versleuteling. Alle gegevens, van sensoren tot applicatieservers en de backend, worden op meerdere niveaus versleuteld. LoRaWAN maakt gebruik van twee beveiligingslagen: één voor het netwerk en één voor de applicatie. De netwerkbeveiliging waarborgt de authenticiteit van de knooppunten in het netwerk, terwijl de beveiligde applicatielaag ervoor zorgt dat netwerkbeheerders geen toegang hebben tot de applicatiegegevens van eindgebruikers. AES-versleuteling wordt gebruikt in combinatie met sleuteluitwisseling via de IEEE EUI64-identificatie.
(7) Het technische ecosysteem is verbeterd. LoRaWAN kent meerdere bedrijfsmodellen, gezonde concurrentie, een gediversifieerd ecosysteem en marktleiders, wat de uitbreiding en snelle implementatie ervan sterk bevordert. Tegelijkertijd vormt het gebruik van open standaarden en eigen technologie door LoRa ook een garantie voor de erkenning en wijdverbreide inzet ervan. De selectie van diverse netwerkcomponenten, gateways, eindapparaten, cloudnetwerkservers en chips, ontwikkelingskits en eindproducten is afkomstig van veel verschillende leveranciers, om zo uiteenlopende oplossingen te bieden aan operators of eindgebruikers.
Trefwoorden: lora
