Was ist LoRaWAN?

Was ist LoRa und LoRaWAN??

LoRa ist ein neuer Kommunikationsstandard für das Internet der Dinge, das üblicherweise für die Datenübertragung kleiner Signale über sehr große Entfernungen verwendet wird. LoRa-Sensoren haben typischerweise einen geringen Stromverbrauch, Energieeffizient, und lange Akkulaufzeit. LoRa is the abbreviation of the word “Long Range”. Aus dem Namen, Es ist ersichtlich, dass das Hauptmerkmal von LoRa die lange Übertragungsdistanz ist. LoRa’s signal modulation scheme, von Semtech entwickelt, ermöglicht eine hervorragende Verbindungsmarge. LoRa’s signal sensitivity is very high, So kann LoRa die Fernkommunikation aufrechterhalten, auch in lauten Umgebungen. Ähnlich wie bei anderen LPAWAN-Technologien wie z NB-IoT, LoRa arbeitet typischerweise mit niedrigeren Datenraten, was den Link-Headroom weiter erhöht. Aufgrund seiner geringen Datenrate, LoRa eignet sich nicht für Szenarien, die eine hohe Datenverzögerung erfordern.

LoRaWAN ist ein Kommunikationsstandard des LPWAN-Protokolls basierend auf dem LoRa-Chip, die für Remote-IoT-Verbindungen ausgelegt ist. LoRaWAN hieß ursprünglich LoRaMAC, Dabei handelt es sich um eine Reihe von Kommunikationsprotokollen und Systemarchitekturen, die auf dem Design von LoRa-Fernkommunikationsnetzwerken basieren. Gemäß dem traditionellen Kommunikationsprotokoll, LoRaWAN ist die MAC-Schicht, und LoRa ist die physikalische Schicht. LoRaWAN ist ein offener Netzwerkstandard, und seine Datenverbindungsschicht-Zugriffssteuerung (MAC) wird gepflegt von der Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, die LoRaWAN mit anderen IoT-Technologieprotokollen vergleicht.

Was sind LoRaWAN-Gateways und LoRaWAN-Cloud-Server?

Das LoRaWAN-Gateway ist ein LoRa-Netzwerkanschluss, der das LoRa-Netzwerkkommunikationsprotokoll in das TCP/IP-Protokoll konvertieren kann, und die Daten des LoRaWAN-Geräts an das Netzwerk übertragen. Dies ist vergleichbar mit der Einrichtung eines industriellen WLAN-Routers, um WLAN-Geräte mit dem Netzwerk zu verbinden. Gateways werden in der Regel von Benutzern oder Lösungsanbietern bereitgestellt und in der Regel in entfernten regionalen Zentren ohne andere Arten von Abdeckung bereitgestellt.

Die LoRaWAN-Cloud-Server ist ein Cloud-Service-Center, das Geräteverbindungen und -kommunikation verwaltet. Der Webserver kann ein physischer Server oder ein Cloud-Server sein. Wenn sich der Webserver wie der Hosting-Dienst in der Cloud befindet, the gateway operates in a so-called “packet forwarding” mode, die einfach alle originalen LoRa-Datenpakete in der Luft an den Webserver und den Webserver weitergibt. In diesem Modus, alle Informationen wie Datenverschlüsselung und Paketentschlüsselung, Geräteverwaltung und Verbindung, Datenanalyse und -verarbeitung werden im ECS gespeichert, Dies erleichtert die Verwaltung und Aktualisierung des Servers sowie das Lesen und Verarbeiten von Daten.

Wie funktioniert LoRaWAN

In Bezug auf die Netzwerkstruktur, LoRaWAN’s wireless protocol is very simple. Seine Netzwerkstruktur ist eine Sterntopologie, Dies ist förderlich für LoRaWAN-Endgeräte, um die Kommunikationsreichweite zu erhöhen und den Stromverbrauch zu reduzieren. Nach Vorführung und Test, diese Sternstruktur ist für solche Anwendungsszenarien des Internets der Dinge mit geringem Stromverbrauch und großer Fläche besser geeignet als die Gitterstruktur.

Der Netzaufbau der Sterntopologie ist der zentrale Datenverarbeitungsmodus. Jedes LoRaWAN-Endgerät überträgt die Daten an mehrere LoRaWAN-Gateways, und dann überträgt das LoRaWAN-Gateway die Daten an den zentralen Server. Der zentrale Server verwaltet und verarbeitet die gesammelten Daten zentral, und der Server schließt die Nachrichtenplanung ab, Sicherheitsuntersuchung, und Redundanzerkennung der Daten. Der zentrale Server gibt entsprechend den Daten einige Informationen von LoRaWAN-Endgeräten zurück, damit LoRaWAN eine bestimmte Antwort geben kann.

Zwei offensichtliche Vorteile des LoRaWAN-Protokolls

1. Bequemeres Tracking: die Gateways müssen nicht miteinander kommunizieren. Die Informationen des Endknotens werden übertragen. Das Signal eines Endknotens kann von mehreren Gateways empfangen werden. Die Richtung und Position des Endknotens kann grob anhand der Zeitdifferenz zwischen den vom Gateway empfangenen Informationen bestimmt werden. Diese Logik und dieser Algorithmus sind relativ einfach.
2. Einfacher Informationslink: das Gateway dient nur als Brücke, um die Informationsübertragung zwischen dem Knotenterminal und dem Server zu realisieren. Es gibt keine gegenseitige Kommunikation zwischen Gateway und Gateway, und der Informationslink ist frisch und einfach.

Typen von LoRaWAN-Geräten: Klasse a, Klasse B und Klasse C

Klasse A ist ein asynchroner Vorgang. Das Merkmal des asynchronen Vorgangs besteht darin, dass er nicht wie bei einem synchronen Vorgang anstehen muss. Wenn der Endknoten Daten übertragen muss, es wird sich mit dem Gateway verbinden, anstatt auf eine bestimmte Zeit zu warten oder sich für die Erledigung von Thread-Aufgaben in die Warteschlange zu stellen. Der Endknoten befindet sich in einem Ruhezustand, bevor er Daten überträgt. Nachdem der Knoten die Übertragung abgeschlossen hat, es wird sofort in den Schlafzustand gehen. Wenn ein Knoten die Übertragung abschließt, der andere kann sofort mit der Übertragung beginnen. Es gibt keine Lücke in der Kommunikation. Da Klasse A asynchrone Übertragung ist, Kollision ist unvermeidlich. Die theoretische maximale Kapazität eines reinen Aloha-Netzwerks beträgt ca. 18.4% des Maximums. Wenn zwei Knoten gleichzeitig aufwachen und sich entscheiden, auf demselben Kanal mit denselben Funkeinstellungen zu senden, sie werden kollidieren und kollidieren.

Klasse B ermöglicht das Senden von Informationen an den Endknoten. LoRaWAN-Gateway sendet alle ein Beacon 128 Sekunden. Alle LoRaWAN-Basisstationen senden auch Beacon-Nachrichten. Ihre internen Uhren sind synchron und gehören zu einem Impuls pro Sekunde (1PPS). Der Synchronisationssatellit im Orbit sendet zu Beginn jeder Sekunde eine Nachricht, die die Zeit auf der ganzen Welt synchronisieren kann. Auch die Lora Wan Basisstation hängt von dieser Synchronisationszeit ab. Jeder vom Gateway gesendete Beacon weist eine Zeitlücke von . zu 128 Sekunden, um dem Knoten mitzuteilen, wann er das Signal empfangen soll.

Klasse C ermöglicht es dem Knoten, lange Zeit zuzuhören, ohne zu schlafen, und kann jederzeit Downlink-Nachrichten senden. Klasse C befindet sich lange Zeit im Wake-up-Zustand und muss Energie verbrauchen, um den Wake-up-Zustand des Knotens aufrechtzuerhalten, um das empfangene Signal in Echtzeit zu überwachen. Alle Klasse C verbraucht viel Energie und ist nicht für Batteriestromversorgung geeignet. Es wird hauptsächlich in Szenarien verwendet, in denen die Stromversorgung stabil sein kann.

Warum LoRaWAN statt WLAN verwenden, Bluetooth, Zigbee, und mehr

LoRaWAN hat eigene Anwendungsszenarien mit WiFi, Bluetooth, ZigBee, Mobiltelefone, etc. bei der Fernübertragung, LoRaWAN hat offensichtliche Vorteile gegenüber den anderen. W-lan, ZigBee und Bluetooth verwenden ein 2,4-GHz-Spektrum. Der Vorteil dieses Spektrums besteht darin, dass es eine große Menge an Informationen und eine hohe Geschwindigkeit übertragen kann, aber es ist keine gute Wahl für drahtlose Sensoren.

1. Das 2,4-GHz-Spektrum schwächt sich in der Luft schnell ab. Der Netzwerksensor dieses Kommunikationsprotokolls hat normalerweise eine sehr kurze Verbindungsreichweite, und die physikalische Durchdringung des 2,4-GHz-Spektrums ist sehr schlecht. Die meisten Signale können andere Straßensperren wie Gebäudewände nicht durchdringen. Im täglichen Leben, in der Ecke oder geschlossenem Bereich wie Keller oder Toilette, das WLAN-Signal in der Halle ist sehr schwach oder fehlt praktisch. Hausautomationssysteme, die Protokolle wie Zigbee verwenden, stellen oft fest, dass sie sich nicht mit dem nächsten Raum verbinden können. Auf der anderen Seite, LoRa-Geräte können in einer Open-Air-Umgebung Entfernungen von mehreren Meilen erreichen und können durch Hindernisse wie Gebäude oder Ausrüstung gut durchkommen.
2. the 2.4GHz spectrum is very “noisy”, Das bedeutet, dass es 2,4 GHz-Geräte um uns herum gibt, die um die Sendezeit konkurrieren, was die Qualität des Links beeinflusst. Die Betriebsfrequenz von LoRa in den Vereinigten Staaten beträgt 915 MHz, So wird das lokale WLAN und die meisten anderen drahtlosen Geräte nicht gestört.
3. W-lan, ein Netzwerkkommunikationsprotokoll, ist sehr schlecht in der Schlüsselverwaltung und der Prävention und Kontrolle der Netzwerksicherheit, und es ist bei vielen Gelegenheiten sehr unpraktisch. Beispielsweise, wenn ein mit mehreren Geräten verbundener WLAN-Router das Verbindungspasswort ändern möchte, Sie müssen das Verbindungspasswort aller verbundenen WLAN-Endgeräte ändern. jedoch, wenn das WiFi-Endgerät ein kleines batteriebetriebenes elektronisches Gerät ist, das dem Benutzer nicht entspricht, es ist schwierig, sich mit dem WLAN-Server zu verbinden, der das Passwort geändert hat. Im Leben, WLAN wird in der Regel auf Smartphones verwendet, Smart-TVs, Laptops und andere Geräte. Diese Geräte verfügen über Bildschirme und Bibliotheken zum einfachen Ändern von Passwörtern. Bei einfachen batteriebetriebenen Sensoren ist das erneute Verbinden des WLAN-Routers jedoch sehr schwierig.. Auf der anderen Seite, LoRaWAN konfiguriert und schützt Geräte auf unterschiedliche Weise. Der Schlüssel ist kein einzelnes Passwort, das auf dem Webserver definiert ist, wird aber vom Sensor selbst abgeleitet und hat einen eindeutigen Wert, der auf dem Webserver bereitgestellt werden kann (normalerweise in der Cloud). Alle Funkbrückensensoren haben ein eindeutiges ID/Schlüsselpaar, Ermöglichen einer effizienten Sicherheitskonfiguration und -verwaltung.
4. Der Batterieverbrauch von Endgeräten wie WLAN, Bluetooth, ZigBee und mobile Mobilfunkgeräte ist relativ hoch. Diese Geräte senden eine große Menge an Signalinformationen, und das Spektrum wird schnell schwächer, und die übertragene Leistung ist relativ hoch, um eine gewisse Abdeckung zu gewährleisten. Diese Geräte müssen regelmäßig mit dem Gateway oder der Basisstation kommunizieren, um den Verbindungszustand aufrechtzuerhalten. Auf der anderen Seite, LoRaWAN-Geräte können in einen Tiefschlafmodus wechseln und nur bei Bedarf aufwachen, um neue Ereignisse zu senden. In den meisten Anwendungen, Dadurch kann die Batterielebensdauer so lang sein wie 5 zu 10 Jahre.

LoRa ist eine Funkmodulationstechnologie, die für drahtlose LAN-Netzwerke in der Kategorie der LPWA-Netzwerktechnologie verwendet wird. LoRaWAN ist ein Netzwerk (Protokoll) das verwendet LoRa.

Blicken Sie in die Zukunft von LoRaWAN

Das stromsparende Internet der Dinge wird im Smart City-Bau häufiger verwendet. Mit der Vertiefung des Smart City-Baus, Anwendungen der urbanen Wahrnehmung werden immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Art von Internet-of-Things-Anwendung hat ihre Besonderheiten: riesige Verbindung, niedrige Kommunikationsfrequenz, Energieeffizient, komplexe Abdeckungsumgebung und hohe Kostensensitivität. Deswegen, Das Internet der Dinge mit geringem Stromverbrauch ist besser für die städtische Wahrnehmung geeignet Anwendungssystem für das Internet der Dinge.

Warum zieht die LoRa-Technologie die Aufmerksamkeit der Branche auf sich?? Die LoRa-Technologie hat eine breite Anwendungsperspektive in vielen Bereichen mit hervorragender Leistung und flexibler Netzwerkform. In Ergänzung, die Implementierungsarchitektur der LoRa-Langstreckenübertragung, die drei Verhaltensmodi von LoRaWAN, und die typische Architektur und Anwendung von LoRa. Zusätzlich zu den Rauchüberwachungssystemen, Überwachungssysteme für die Energieumgebung, Klimaanlage energiesparende Überwachungssysteme und intelligente Pflegeüberwachungssysteme, die Popularisierung des Internets der Dinge sollte auf Menschen ausgerichtet sein. Lebenssicherheit, Transport und medizinische Behandlung, Umweltverschmutzung, Ernährungsprobleme und Human Resources sind alles vertikale Anwendungsfelder des Internets der Dinge, die seit langem viel beschäftigt sind, LoRa hat in diesen Szenarien mehr Vorteile als andere Kommunikationstechnologien.

Das Zeitalter der Vernetzung aller Dinge ist auch das Zeitalter der Daten als König. jedoch, in vielen Fällen, wenn intelligente Objekte keine entsprechenden Standortinformationen haben, it means that the data is “chaotic” and the available value will be greatly reduced. Mit der kräftigen Entwicklung der Industrie des Internets der Dinge in den letzten zwei Jahren, auch die Nachfrage nach Ortungstechnik in verschiedenen Anwendungsszenarien des Internets der Dinge ist stark gestiegen. Derzeit, Es gibt Dutzende oder sogar Hunderte von Arten von Positionierungstechnologien, und jede Positioniertechnologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und passende Anwendungsszenarien.

LoRa ist auf lokale Gebiete mit höherer Dichte anwendbar und hat die Eigenschaften relativ unabhängig zu sein, stärkeres Signal und niedrigere Kosten. Deswegen, LoRa muss einen Platz im zukünftigen breiten blauen Ozeanmarkt des Internets der Dinge haben. Was die zukünftige Entwicklungsperspektive von LoRa betrifft, es kommt immer noch auf die gemeinsame Förderung der Menschen in der Branche an.