1. Wat is LoRa?
LPWAN (low-power Wide-Area Network, low-power wide area network) is ontworpen voor IoT-toepassingen met lage bandbreedte, laag energieverbruik, lange afstand en een groot aantal verbindingen. LoRa heeft al een meer volwassen ecologische keten en een sneller tempo van commercialisatie, en zal naar verwachting een exponentiële groei behouden in de komende jaren.
Draadloze technologieën in IoT-toepassingen zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in twee types. De ene is draadloze technologie met een kort bereik, zoals Bluetooth/WiFi/ZigBee. De andere is de technologie die de uitgebreid netwerk, zoals 2G/3G/4G. De voor- en nadelen van elke technologie zijn overduidelijk. Vóór de opkomst van LPWAN-technologie kon er meestal maar één worden gekozen tussen lange afstand en laag energieverbruik. Na de opkomst van LPWAN-technologie is het probleem van vissen en berenpoten in evenwicht. Naast het bereiken van communicatie over langere afstanden en ultralaag stroomverbruik, kan het ook extra kosten voor repeaters besparen.
LoRa is een zeer representatieve technologie in de LPWAN-communicatietechnologie. Het is een draadloze transmissieoplossing voor ultra-lange afstanden op basis van spread spectrum-technologie die is overgenomen en gepromoot door het Amerikaanse bedrijf Semtech. Deze transmissieoplossing verandert de eerdere afwegingen tussen transmissieafstand en stroomverbruik. methode en biedt een eenvoudig systeem dat lange afstanden, een lange levensduur van de batterij en een grote capaciteit kan bereiken, waardoor het sensornetwerk wordt uitgebreid. Momenteel werkt LoRa voornamelijk op vrije frequentiebanden over de hele wereld, waaronder 433, 868, 915MHz, enz.
2. Wat zijn de voordelen en kenmerken van LoRa?
1. Verbeterde ontvangstgevoeligheid en lager stroomverbruik.
Het linkbudget van maximaal 157db maakt een communicatieafstand tot 15 kilometer mogelijk (afhankelijk van de omgeving). De ontvangststroom is slechts 10mA en de slaapstroom is 200nA, wat de levensduur van de batterij aanzienlijk verlengt.
2. De gateway/concentrator op basis van deze technologie ondersteunt parallelle verwerking van meerdere kanalen en meerdere gegevenssnelheden, en de systeemcapaciteit is groot.
De gateway is de brug tussen het knooppunt en het IP-netwerk (via 2G/3G/4G of Ethernet). Elke gateway kan 5 miljoen communicaties tussen nodes per dag aan (ervan uitgaande dat er telkens 10 bytes worden verzonden en dat de netwerkbezetting 10% is). Als de gateway wordt geïnstalleerd op de locatie van een bestaand basisstation voor mobiele communicatie met een zendvermogen van 20dBm (100mW), kan deze ongeveer 2 kilometer dekken in een dichtbebouwde stedelijke omgeving en in voorsteden met een lagere dichtheid kan de dekking 10 kilometer bereiken.
3. Systemen gebaseerd op terminals en concentrators/gateways kunnen ranging en positionering ondersteunen.
De afstandsmeting van LoRa is gebaseerd op de zendtijd in de lucht van het signaal in plaats van op de traditionele RSSI (Received Signal Sterngth Indication), terwijl de positionering gebaseerd is op de meting van het verschil in zendtijd in de lucht tussen meerdere punten (gateways) en één punt (node). De positioneringsnauwkeurigheid kan oplopen tot 5 m (uitgaande van een bereik van 10 km).
3. Wat is de netwerkarchitectuur van LoRa?
Het LoRa-netwerk bestaat voornamelijk uit terminals (kunnen ingebouwde LoRa-modules hebben), gateways (of basisstations), netwerkservers en applicatieservers. De netwerkarchitectuur is een typische stertopologie. In deze netwerkarchitectuur is de LoRa-gateway een transparant transmissierelais dat het eindapparaat en de back-end centrale server verbindt. Eindapparaten communiceren met één of meer gateways via één hop. Er is tweerichtingscommunicatie tussen alle nodes en de gateway.
De eindknooppunten van LoRa kunnen verschillende apparaten zijn, zoals water- en gasmeters, rookmelders, huisdiertrackers, enz. Deze nodes worden eerst verbonden met de LoRa-gateway via LoRa draadloze communicatie en vervolgens verbonden met de netwerkserver via het 3G-netwerk of Ethernet-netwerk. De gateway en netwerkserver communiceren via het TCP/IP-protocol.
LoRa-eindapparatuur
De eindknooppunten van LoRa kunnen verschillende apparaten zijn, zoals water- en gasmeters, rookmelders, huisdiertrackers, enz. Deze nodes worden eerst verbonden met de LoRa-gateway via LoRa draadloze communicatie en vervolgens verbonden met de netwerkserver via het 3G-netwerk of Ethernet-netwerk. De gateway en netwerkserver communiceren via het TCP/IP-protocol.
Het LoRa-netwerk verdeelt eindapparaten in drie categorieën: A/B/C:
Klasse A: Eindapparatuur voor tweerichtingscommunicatie. Dit type eindapparaat maakt tweewegcommunicatie mogelijk en de upstreamverzending van elk eindapparaat gaat gepaard met twee downstreamontvangstvensters. Het zendtijdslot van het eindapparaat is gebaseerd op de eigen communicatiebehoeften en de fijnafstelling is gebaseerd op het ALOHA-protocol.
Klasse A-apparatuur verbruikt het minste stroom en de downlink-communicatie van het basisstation kan alleen plaatsvinden na de uplink-communicatie van het eindapparaat.
Klasse B: Eindapparatuur voor tweerichtingscommunicatie met vooraf ingestelde ontvangsttijdvensters. Dit type eindapparatuur opent redundante ontvangstvensters gedurende de vooraf ingestelde tijd. Om dit doel te bereiken, ontvangt de eindapparatuur synchroon een baken van de gateway en synchroniseert de tijd van het basisstation en de module via het baken.
Klasse B-terminals kunnen het basisstation laten weten dat de terminal gegevens ontvangt
Klasse C: Eindapparatuur voor tweerichtingscommunicatie met een maximaal ontvangstvenster. Eindapparaten van dit type houden het ontvangstvenster open en sluiten het alleen tijdens het zenden.
Apparaten van klasse C hebben het langste ontvangstvenster en verbruiken de meeste stroom
4. LoRa-toepassingsscenario's
Netwerken op basis van LoRaWAN kunnen veilige tweewegcommunicatie over lange afstanden bieden en stedelijke gebieden bestrijken met een minimale netwerkinfrastructuur. LoRa zal op grote schaal worden gebruikt in verschillende toepassingsscenario's zoals slimme landbouw, slimme gebouwen en slimme logistiek.
1. Slimme landbouw
Voor de landbouw is er dringend behoefte aan energiezuinige en goedkope sensoren. De toepassing van sensoren zoals temperatuur en vochtigheid, kooldioxide en zoutgehalte is van groot belang voor de landbouw om de productie te verhogen en het waterverbruik te verminderen. Deze data-indicatoren veranderen echter niet significant in korte tijd en het datavolume is klein en vereist real-time prestaties. Niet hoog, dus LoRa is ongetwijfeld de beste keuze.
2. Slimme gebouwen
Voor de renovatie van gebouwen worden sensoren zoals temperatuur en vochtigheid, veiligheid, schadelijke gassen en waterstroombewaking toegevoegd en wordt de bewakingsinformatie regelmatig geüpload. Over het algemeen hoeft de communicatie van deze sensoren niet bijzonder frequent te zijn of een bijzonder goede servicekwaliteit te garanderen. Tegelijkertijd kan een draagbare gateway voor thuisgebruik aan de behoeften voldoen, dus LoRa is een meer geschikte keuze in dit scenario.
3. Geautomatiseerde productie
In de geautomatiseerde industriële productieomgeving wordt een groot aantal intelligente technologieën toegepast en worden verschillende informatiegegevens in het netwerk uitgewisseld. Daarom zijn de kenmerken van het geselecteerde netwerk direct gerelateerd aan de uitvoeringskwaliteit van het productieplan. Sommige scenario's vereisen goedkope sensoren met een laag energieverbruik en batterijen met een lange levensduur om apparatuur te volgen en de status te controleren. In dit geval is LoRa een redelijke keuze.
4. Slimme logistiek
De logistieke sector bestrijkt een zeer groot geografisch gebied, dus bij het kiezen van een netwerk zijn de eerste overwegingen een lage investering en een lange levensduur. Om pallets te kunnen volgen en de locatie en status van goederen te kunnen bepalen, moeten vrachtbedrijven alle faciliteiten die betrokken zijn bij het hele logistieke proces kunnen opnemen in het netwerk.
Dit vereist niet alleen dat de netwerkknooppunten economisch genoeg zijn om grootschalige implementatie mogelijk te maken, maar ook dat ze mobiel genoeg zijn om op transportvoertuigen geïnstalleerd te kunnen worden als mobiele gateway. Op deze manier kan NB-IoT-technologie, die afhankelijk is van 4G-basisstationnetwerken, duidelijk niet aan deze vereiste voldoen. De lage kosten, de lange levensduur van de batterij, de hoge mobiliteit en de communicatiestabiliteit tijdens verplaatsingen met hoge snelheid maken LoRa uniek op het gebied van slimme logistiek. De weg wijzen.
In de nieuwe golf van ontwikkeling van het internet der dingen, op het gebied van low-power wide-area netwerken, in de context van grootschalige inzet en toepassing in ontwikkelde markten, gebruiken binnenlandse deelnemers ook open wijsheid om de grootschalige inzet en toepassing van LoRa-netwerken in het land te bevorderen. Toepassing, ik geloof dat met de toename van de industriële toepassingen, deze binnenlandse operator-niveau LoRa-netwerk gevormd op basis van het concept van het delen van de economie zal ook de kern gebied van de wereldwijde LoRa lay-out.
Op dit moment ontwikkelen de twee belangrijkste IoT-netwerken ter wereld, NB-IoT en LoRa, zich snel in China. Volgens relevante afdelingen zijn er meer dan duizend IoT-toepassingsproducten gelanceerd in verschillende provincies in China. Naar verluidt zijn 70% van de bedrijven actief op zoek naar volwassen, betrouwbare en snel geïmplementeerde IoT-producten. De meeste bedrijven kopen LoRa IoT-oplossingen van IOTRouter Technology Co. Dit bedrijf ontwikkelt LoRa IoT-producten namens anderen om snel IoT-activiteiten te ontwikkelen en leider te worden in IoT in steden in het hele land. De situatie van “Kijken naar China voor de ontwikkeling van het wereldwijde internet der dingen” krijgt geleidelijk vorm.
Samenvatten
Low Power Wide Area Network (LPWAN) is een onmisbaar onderdeel van het internet der dingen. Het heeft flexibele en schaalbare eigenschappen en kan groot of klein zijn. Dit is nodig in de groei- en verkenningsfase van de industrie van het internet der dingen. Er wordt gezegd dat het de meest geschikte technologie is voor het internet van dingen. LoRa is veilig en betrouwbaar, met functies als tweewegverificatie, end-to-end-encryptie en integriteitsbescherming. Het is veelomvattend en toekomstgericht op het gebied van beveiligingsontwerp. De beveiliging van het IoT kan echter niet worden genegeerd en vereist gezamenlijke inspanningen van de industrie om deze te blijven bevorderen.