1. Что такое 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 - очень представительная технология в сфере LPWAN-коммуникаций. Это решение для беспроводной передачи данных на сверхдальние расстояния, основанное на технологии распространения спектра, принятое и продвигаемое американской компанией Semtech. Это решение меняет прежние представления о компромиссе между расстоянием передачи и энергопотреблением, обеспечивая простую систему, которая может достигать большого расстояния, длительного времени автономной работы и большой емкости, тем самым расширяя сенсорную сеть. В настоящее время LoRa в основном работает в свободных частотных диапазонах по всему миру, включая 433, 868, 915 МГц и т.д.
2. Каковы преимущества и характеристики LoRa?
1. Улучшенная чувствительность приема и пониженное энергопотребление.
Бюджет связи до 157 дБ позволяет поддерживать связь на расстоянии до 15 км (в зависимости от условий окружающей среды). Ток приема составляет всего 10 мА, а ток спящего режима - 200 нА, что значительно продлевает срок службы батареи.
2. Шлюз/концентратор на основе этой технологии поддерживает параллельную обработку нескольких каналов и нескольких скоростей передачи данных, а емкость системы велика.
Шлюз является мостом между узлом и IP-сетью (через 2G/3G/4G или Ethernet). Каждый шлюз может обрабатывать 5 миллионов сообщений между узлами в день (при условии, что каждый раз отправляется 10 байт, а загруженность сети составляет 10%). Если установить шлюз в месте расположения существующей базовой станции мобильной связи с мощностью передачи 20 дБм (100 мВт), он сможет покрыть около 2 километров в условиях плотной городской застройки, а в пригородах с более низкой плотностью застройки покрытие может достигать 10 километров.
3. Системы, основанные на терминалах и концентраторах/шлюзах, могут поддерживать определение дальности и местоположения.
Измерение расстояния в LoRa основано на времени передачи сигнала по воздуху, а не на традиционном индексе RSSI (Received Signal Sterngth Ind-ication), а позиционирование - на измерении разницы времени передачи сигнала по воздуху между несколькими точками (шлюзами) и одной точкой (узлом). Точность позиционирования может достигать 5 м (при дальности действия 10 км).
3. Какова сетевая архитектура 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.
Оконечными узлами LoRa могут быть различные устройства, такие как счетчики воды и газа, дымовые сигнализации, трекеры для домашних животных и т. д. Эти узлы сначала подключаются к шлюзу LoRa через беспроводную связь LoRa, а затем соединяются с сетевым сервером через сеть 3G или сеть Ethernet. Шлюз и сетевой сервер взаимодействуют по протоколу TCP/IP.
Терминальное оборудование LoRa
Оконечными узлами LoRa могут быть различные устройства, такие как счетчики воды и газа, дымовые сигнализации, трекеры для домашних животных и т. д. Эти узлы сначала подключаются к шлюзу LoRa через беспроводную связь LoRa, а затем соединяются с сетевым сервером через сеть 3G или сеть Ethernet. Шлюз и сетевой сервер взаимодействуют по протоколу TCP/IP.
Сеть LoRa делит терминальные устройства на три категории: 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.
Оборудование класса А имеет самое низкое энергопотребление, и связь по нисходящей линии базовой станции может осуществляться только после связи по восходящей линии терминала.
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.
Терминалы класса B могут сообщать базовой станции о том, что терминал принимает данные
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.
Устройства класса C имеют самое длинное окно приема и потребляют больше всего энергии.
4. Сценарии применения LoRa
Сети на основе LoRaWAN могут обеспечить безопасную двустороннюю связь на больших расстояниях и покрыть городские районы с минимальной сетевой инфраструктурой. LoRa будет широко использоваться в различных сценариях применения, таких как "умное" сельское хозяйство, "умные" здания и "умная" логистика.
1. Умное сельское хозяйство
Для сельского хозяйства крайне необходимы маломощные и недорогие датчики. Применение таких датчиков, как температура и влажность, углекислый газ и соленость, имеет большое значение для сельского хозяйства в плане увеличения производства и сокращения потребления воды. Однако эти показатели не будут существенно меняться за короткий промежуток времени, а объем данных невелик и требует производительности в реальном времени. Невысокая, поэтому LoRa, несомненно, является лучшим выбором.
2. Интеллектуальные здания
При реконструкции зданий добавляются датчики температуры и влажности, безопасности, вредных газов и контроля расхода воды, а информация о мониторинге регулярно загружается, что облегчает контроль со стороны менеджеров и делает его более удобным для пользователей. В целом, связь между этими датчиками не должна быть особенно частой или обеспечивать особенно высокое качество обслуживания. В то же время, портативный домашний шлюз может удовлетворить эти потребности, поэтому LoRa является более подходящим выбором в данном сценарии.
3. Автоматизированное производство
В условиях автоматизированного промышленного производства применяется большое количество интеллектуальных технологий, а в сети происходит обмен различными информационными данными. Поэтому характеристики выбранной сети напрямую связаны с качеством выполнения производственного плана. В некоторых сценариях требуются недорогие датчики с низким энергопотреблением и долговечными батареями для отслеживания оборудования и контроля состояния. В этом случае LoRa является разумным выбором.
4. Интеллектуальная логистика
Сайт 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.
На новой волне развития Интернета вещей, в области маломощных широкозонных сетей, в контексте масштабного развертывания и применения на развитых рынках, отечественные участники также используют открытую мудрость для содействия масштабному развертыванию и внедрению сетей LoRa в стране. Применение, я считаю, что с ростом промышленных приложений, эта отечественная LoRa-сеть операторского уровня, сформированная на основе концепции экономики совместного использования, также станет основной областью глобального LoRa-макета.
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.
Подведите итоги
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.