Τι είναι το LoRa και το LoRaWAN?
LoRa είναι ένα νέο πρότυπο επικοινωνίας για το Internet of Things, που χρησιμοποιείται συνήθως για μετάδοση δεδομένων μικρών σημάτων σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Οι αισθητήρες LoRa έχουν συνήθως χαμηλή ισχύ, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, και μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. LoRa είναι η συντομογραφία της λέξης “Μεγάλης εμβέλειας”. Από το όνομα, φαίνεται ότι το κύριο χαρακτηριστικό του LoRa είναι η μεγάλη απόσταση μετάδοσης. LoRa’s signal modulation scheme, που αναπτύχθηκε από τη Semtech, επιτρέπει εξαιρετικό περιθώριο σύνδεσης. LoRa’s signal sensitivity is very high, ώστε το LoRa να μπορεί να διατηρεί επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις, ακόμα και σε θορυβώδη περιβάλλοντα. Παρόμοια με άλλες τεχνολογίες LPAWAN όπως π.χ NB-IoT, Το LoRa συνήθως λειτουργεί με χαμηλότερους ρυθμούς δεδομένων, γεγονός που αυξάνει περαιτέρω το ύψος του συνδέσμου. Λόγω του χαμηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων, Το LoRa δεν είναι κατάλληλο για σενάρια που απαιτούν μεγάλη καθυστέρηση δεδομένων.
Το LoRaWAN είναι ένα πρότυπο επικοινωνίας του πρωτοκόλλου LPWAN που βασίζεται στο τσιπ LoRa, που έχει σχεδιαστεί για απομακρυσμένη σύνδεση IoT. Το LoRaWAN αρχικά ονομαζόταν LoRaMAC, το οποίο είναι ένα σύνολο πρωτοκόλλων επικοινωνίας και αρχιτεκτονικής συστήματος που βασίζεται στη σχεδίαση δικτύου επικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων LoRa. Σύμφωνα με το παραδοσιακό πρωτόκολλο επικοινωνίας, Το LoRaWAN είναι το επίπεδο MAC, και το LoRa είναι το φυσικό στρώμα. Το LoRaWAN είναι ένα πρότυπο ανοιχτού δικτύου, και τον έλεγχο πρόσβασης στο επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (ΜΑΚ) διατηρείται από το Συμμαχία LoRa.
Τι είναι οι πύλες LoRaWAN και οι διακομιστές cloud LoRaWAN
Η πύλη LoRaWAN είναι μια σύνδεση δικτύου LoRa, που μπορεί να μετατρέψει το πρωτόκολλο επικοινωνίας δικτύου LoRa σε πρωτόκολλο TCP/IP, και να μεταδώσει τα δεδομένα της συσκευής LoRaWAN στο δίκτυο. Αυτό είναι παρόμοιο με τη ρύθμιση ενός βιομηχανικού ασύρματου δρομολογητή για τη σύνδεση συσκευών WiFi στο δίκτυο. Οι πύλες συνήθως αναπτύσσονται από χρήστες ή παρόχους λύσεων και συνήθως αναπτύσσονται σε απομακρυσμένα περιφερειακά κέντρα χωρίς άλλους τύπους κάλυψης.
ο Διακομιστής cloud LoRaWAN είναι ένα κέντρο υπηρεσιών cloud που διαχειρίζεται τις συνδέσεις και τις επικοινωνίες συσκευών. Ο διακομιστής Ιστού μπορεί να είναι ένας φυσικός διακομιστής ή ένας διακομιστής cloud. Όταν ο διακομιστής ιστού βρίσκεται στο cloud, όπως η υπηρεσία φιλοξενίας, η πύλη λειτουργεί σε μια λεγόμενη “προώθηση πακέτων” τρόπος, που απλώς μεταφέρει όλα τα αρχικά πακέτα δεδομένων LoRa στον αέρα στον διακομιστή ιστού και τον διακομιστή ιστού. Σε αυτή τη λειτουργία, όλες οι πληροφορίες όπως κρυπτογράφηση δεδομένων και αποκρυπτογράφηση πακέτων, διαχείριση συσκευής και σύνδεση, η ανάλυση και επεξεργασία δεδομένων αποθηκεύεται στο ECS, γεγονός που καθιστά ευκολότερη τη διαχείριση και αναβάθμιση του διακομιστή και ευκολότερη ανάγνωση και επεξεργασία δεδομένων.
Πώς λειτουργεί το LoRaWAN
Όσον αφορά τη δομή του δικτύου, LoRaWAN’s wireless protocol is very simple. Η δομή του δικτύου είναι μια τοπολογία αστεριού, που ευνοεί τον τερματικό εξοπλισμό LoRaWAN για να αυξήσει το εύρος επικοινωνίας και να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας. Μετά από επίδειξη και δοκιμή, Αυτή η δομή αστεριών είναι πιο κατάλληλη για αυτού του είδους το σενάριο εφαρμογής Internet of things με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και μεγάλη περιοχή από τη δομή του δικτύου.
Η διάταξη δικτύου της τοπολογίας του αστεριού είναι η κεντρική λειτουργία επεξεργασίας δεδομένων. Κάθε τερματική συσκευή LoRaWAN μεταδίδει τα δεδομένα σε πολλές πύλες LoRaWAN, και στη συνέχεια η πύλη LoRaWAN μεταδίδει τα δεδομένα στον κεντρικό διακομιστή. Ο κεντρικός διακομιστής διαχειρίζεται και επεξεργάζεται κεντρικά τα δεδομένα που συλλέγονται, και ο διακομιστής θα ολοκληρώσει τον προγραμματισμό μηνυμάτων, έρευνα ασφαλείας, και ανίχνευση πλεονασμού των δεδομένων. Ο κεντρικός διακομιστής ανατροφοδοτεί ορισμένες πληροφορίες του τερματικού εξοπλισμού LoRaWAN σύμφωνα με τα δεδομένα, έτσι ώστε το LoRaWAN να μπορεί να απαντήσει.
Δύο προφανή πλεονεκτήματα του πρωτοκόλλου LoRaWAN
- Πιο βολική παρακολούθηση: οι πύλες δεν χρειάζεται να επικοινωνούν μεταξύ τους. Οι πληροφορίες του τερματικού κόμβου μεταδίδονται. Το σήμα ενός τερματικού κόμβου μπορεί να ληφθεί από πολλές πύλες. Η κατεύθυνση και η θέση του τερματικού κόμβου μπορούν να προσδιοριστούν κατά προσέγγιση ανάλογα με τη χρονική διαφορά μεταξύ των πληροφοριών που λαμβάνει η πύλη. Αυτή η λογική και ο αλγόριθμος είναι σχετικά απλοί.
- Απλούστερος σύνδεσμος πληροφοριών: η πύλη χρησιμοποιείται μόνο ως γέφυρα για την πραγματοποίηση της μετάδοσης πληροφοριών μεταξύ του τερματικού κόμβου και του διακομιστή. Δεν υπάρχει αμοιβαία επικοινωνία μεταξύ της πύλης και της πύλης, και ο σύνδεσμος πληροφοριών είναι φρέσκος και απλός.
Τύποι συσκευών LoRaWAN: Κατηγορία Α, Κατηγορία Β και Γ
Η κατηγορία Α είναι μια ασύγχρονη λειτουργία. Το χαρακτηριστικό της ασύγχρονης λειτουργίας είναι ότι δεν χρειάζεται να βρίσκεται στην ουρά σαν μια σύγχρονη λειτουργία. Όταν ο τερματικός κόμβος χρειάζεται να μεταδώσει δεδομένα, θα συνδεθεί με την πύλη, αντί να περιμένουμε μια συγκεκριμένη ώρα ή να κάνουμε ουρά για την ολοκλήρωση των εργασιών του νήματος. Ο τερματικός κόμβος βρίσκεται σε κατάσταση αναστολής πριν από τη μετάδοση δεδομένων. Αφού ο κόμβος ολοκληρώσει τη μετάδοση, θα εισέλθει αμέσως σε κατάσταση ύπνου. Όταν ένας κόμβος ολοκληρώσει τη μετάδοση, ο άλλος μπορεί να ξεκινήσει τη μετάδοση αμέσως. Δεν υπάρχει κενό στην επικοινωνία. Δεδομένου ότι η κλάση Α είναι ασύγχρονη μετάδοση, η σύγκρουση είναι αναπόφευκτη. Η θεωρητική μέγιστη χωρητικότητα ενός καθαρού δικτύου Aloha είναι περίπου 18.4% του μέγιστου. Εάν δύο κόμβοι ξυπνήσουν ταυτόχρονα και αποφασίσουν να μεταδώσουν στο ίδιο κανάλι χρησιμοποιώντας τις ίδιες ρυθμίσεις ραδιοφώνου, θα συγκρουστούν και θα συγκρουστούν.
Η κατηγορία Β επιτρέπει την αποστολή πληροφοριών στον τερματικό κόμβο. Η πύλη LoRaWAN στέλνει έναν φάρο κάθε 128 δευτερόλεπτα. Όλοι οι σταθμοί βάσης LoRaWAN στέλνουν επίσης μηνύματα φάρου. Τα εσωτερικά τους ρολόγια είναι σύγχρονα και ανήκουν σε έναν παλμό ανά δευτερόλεπτο (1PPS). Ο δορυφόρος συγχρονισμού σε τροχιά θα μεταδίδει ένα μήνυμα στην αρχή κάθε δευτερολέπτου, που μπορεί να συγχρονίσει την ώρα σε όλο τον κόσμο. Ο σταθμός βάσης Lora Wan εξαρτάται επίσης από αυτόν τον χρόνο συγχρονισμού. Κάθε φάρος που αποστέλλεται από την πύλη διαθέτει ένα χρονικό κενό 128 δευτερόλεπτα για να πείτε στον κόμβο πότε θα λάβει το σήμα.
Η κλάση C επιτρέπει στον κόμβο να συνεχίζει να ακούει για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς ύπνο και μπορεί να στέλνει μηνύματα προς τα κάτω ανά πάσα στιγμή. Η τάξη C βρίσκεται σε κατάσταση αφύπνισης για μεγάλο χρονικό διάστημα και χρειάζεται να καταναλώσει ενέργεια για να διατηρήσει την κατάσταση αφύπνισης του κόμβου για την παρακολούθηση του ληφθέντος σήματος σε πραγματικό χρόνο. Όλη η κατηγορία C καταναλώνει πολλή ενέργεια και δεν είναι κατάλληλη για τροφοδοσία μπαταρίας. Χρησιμοποιείται κυρίως σε σενάρια όπου το τροφοδοτικό μπορεί να είναι σταθερό.
Γιατί να χρησιμοποιήσετε το LoRaWAN αντί για WiFi, Bluetooth, Zigbee, κι αλλα
Το LoRaWAN έχει τα δικά του σενάρια εφαρμογής με WiFi, Bluetooth, ZigBee, κινητά τηλέφωνα, και τα λοιπά. στη μετάδοση μεγάλων αποστάσεων, Το LoRaWAN έχει προφανή πλεονεκτήματα έναντι των άλλων. WiFi, Το ZigBee και το Bluetooth χρησιμοποιούν φάσμα 2,4 GHz. Το πλεονέκτημα αυτού του φάσματος είναι ότι μπορεί να μεταφέρει μεγάλο όγκο πληροφοριών και γρήγορη ταχύτητα, αλλά δεν είναι καλή επιλογή για ασύρματους αισθητήρες.
- Το φάσμα των 2.4GHz εξασθενεί γρήγορα στον αέρα. Ο αισθητήρας δικτύου αυτού του πρωτοκόλλου επικοινωνίας έχει συνήθως πολύ μικρό εύρος σύνδεσης, και η φυσική διείσδυση του φάσματος των 2,4 GHz είναι πολύ κακή. Τα περισσότερα σήματα δεν μπορούν να διεισδύσουν σε άλλα οδοφράγματα, όπως τοίχους κτιρίων. Στην καθημερινοτητα, στη γωνιακή ή κλειστή περιοχή, όπως υπόγειο ή τουαλέτα, το σήμα WiFi στην αίθουσα θα είναι πολύ αδύναμο ή βασικά απουσιάζει. Τα συστήματα αυτοματισμού σπιτιού που χρησιμοποιούν πρωτόκολλα όπως το Zigbee συχνά διαπιστώνουν ότι δεν μπορούν να συνδεθούν με το επόμενο δωμάτιο. Αφ 'ετέρου, Ο εξοπλισμός LoRa μπορεί να φτάσει σε αποστάσεις αρκετών μιλίων σε υπαίθριο περιβάλλον και μπορεί να αποδώσει καλά μέσω εμποδίων όπως κτίρια ή εξοπλισμός.
- το φάσμα των 2,4 GHz είναι πολύ “θορυβώδης”, που σημαίνει ότι υπάρχουν συσκευές 2,4GHz γύρω μας που ανταγωνίζονται για το χρόνο μετάδοσης, που επηρεάζει την ποιότητα του συνδέσμου. Η συχνότητα λειτουργίας του LoRa στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι 915MHz, έτσι δεν θα επηρεάσει το τοπικό WiFi και τις περισσότερες άλλες ασύρματες συσκευές.
- WiFi, πρωτόκολλο επικοινωνίας δικτύου, είναι πολύ κακή στη διαχείριση κλειδιών και την πρόληψη και τον έλεγχο της ασφάλειας του δικτύου, και είναι πολύ ενοχλητικό να χρησιμοποιείται σε πολλές περιπτώσεις. Για παράδειγμα, εάν ένας δρομολογητής WiFi συνδεδεμένος σε πολλές συσκευές θέλει να αλλάξει τον κωδικό πρόσβασης σύνδεσης, πρέπει να αλλάξετε τον κωδικό πρόσβασης όλων των συνδεδεμένων τερματικών συσκευών WiFi. Ωστόσο, εάν η τερματική συσκευή WiFi είναι μια μικρή ηλεκτρονική συσκευή με μπαταρία που δεν ανταποκρίνεται στον χρήστη, είναι δύσκολο να συνδεθείτε στον διακομιστή WiFi που έχει αλλάξει τον κωδικό πρόσβασης. Στη ζωή, Το WiFi χρησιμοποιείται γενικά σε smartphone, έξυπνες τηλεοράσεις, φορητούς υπολογιστές και άλλες συσκευές. Αυτές οι συσκευές διαθέτουν οθόνες και βιβλιοθήκες για την εύκολη αλλαγή κωδικών πρόσβασης. Αλλά η επανασύνδεση του δρομολογητή WiFi είναι πολύ δύσκολη για απλούς αισθητήρες με μπαταρία.. Αφ 'ετέρου, Το LoRaWAN διαμορφώνει και προστατεύει τον εξοπλισμό με διαφορετικούς τρόπους. Το κλειδί δεν είναι ένας κωδικός πρόσβασης που ορίζεται στον διακομιστή ιστού, αλλά προέρχεται από τον ίδιο τον αισθητήρα και έχει μια μοναδική τιμή που μπορεί να παρέχεται στον διακομιστή ιστού (συνήθως στο σύννεφο). Όλοι οι αισθητήρες ραδιογεφυρών έχουν ένα μοναδικό ζεύγος ταυτότητας/κλειδιού, επιτρέποντας την αποτελεσματική διαμόρφωση και διαχείριση της ασφάλειας.
- Η κατανάλωση μπαταρίας τερματικών συσκευών όπως WiFi, Bluetooth, Το ZigBee και οι κινητές κυψελοειδείς συσκευές είναι σχετικά υψηλά. Αυτές οι συσκευές στέλνουν μεγάλο αριθμό πληροφοριών σήματος, και το φάσμα εξασθενεί γρήγορα, και η εκπεμπόμενη ισχύς είναι σχετικά υψηλή, ώστε να εξασφαλιστεί μια ορισμένη κάλυψη. Αυτές οι συσκευές πρέπει να διατηρούν τακτική επικοινωνία με την πύλη ή το σταθμό βάσης για να διατηρούν την κατάσταση σύνδεσης. Αφ 'ετέρου, Οι συσκευές LoRaWAN μπορούν να μπουν σε κατάσταση βαθιάς αναστολής λειτουργίας και να ξυπνήσουν μόνο όταν είναι απαραίτητο για αποστολή για παράδοση νέων συμβάντων. Στις περισσότερες εφαρμογές, Αυτό επιτρέπει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας να είναι τόσο μεγάλη όσο 5 προς το 10 χρόνια.
Το LoRa είναι μια τεχνολογία διαμόρφωσης ραδιοφώνου που χρησιμοποιείται για ασύρματα δίκτυα LAN στην κατηγορία τεχνολογίας δικτύου LPWA. Το LoRaWAN είναι ένα δίκτυο (πρωτόκολλο) που χρησιμοποιεί LoRa.
Κοιτάξτε το μέλλον του LoRaWAN
Το Διαδίκτυο πραγμάτων χαμηλής ισχύος χρησιμοποιείται ευρύτερα στην κατασκευή έξυπνων πόλεων. Με την εμβάθυνση της κατασκευής έξυπνων πόλεων, Οι εφαρμογές αστικής αντίληψης θα δοθούν όλο και περισσότερο. Αυτό το είδος εφαρμογής Internet of things έχει τα ιδιαίτερα σημεία του: τεράστια σύνδεση, χαμηλή συχνότητα επικοινωνίας, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, περίπλοκο περιβάλλον κάλυψης και ευαισθησία υψηλού κόστους. Ως εκ τούτου, χαμηλής ισχύος Διαδίκτυο πραγμάτων είναι πιο κατάλληλο για αστική αντίληψη Διαδικτυακό σύστημα εφαρμογών πραγμάτων.
Γιατί η τεχνολογία LoRa προσελκύει την προσοχή της βιομηχανίας? Η τεχνολογία LoRa έχει ευρεία προοπτική εφαρμογής σε πολλούς τομείς με εξαιρετική απόδοση και ευέλικτη μορφή δικτύωσης. Επιπλέον, την αρχιτεκτονική υλοποίησης της μετάδοσης LoRa σε μεγάλες αποστάσεις, οι τρεις τρόποι συμπεριφοράς του LoRaWAN, και την τυπική αρχιτεκτονική και εφαρμογή του LoRa. Εκτός από τα συστήματα παρακολούθησης καπνού, συστήματα παρακολούθησης ισχύος περιβάλλοντος, συστήματα παρακολούθησης εξοικονόμησης ενέργειας κλιματισμού και έξυπνα συστήματα παρακολούθησης φροντίδας, η εκλαΐκευση του Διαδικτύου των πραγμάτων θα πρέπει να βασίζεται στον άνθρωπο. Ασφάλεια ζωής, μεταφορά και ιατρική περίθαλψη, μόλυνση του περιβάλλοντος, τα προβλήματα διατροφής και οι ανθρώπινοι πόροι είναι όλα τα κάθετα πεδία εφαρμογής του Διαδικτύου πραγμάτων που απασχολούν ευρέως εδώ και πολύ καιρό, Το LoRa έχει περισσότερα πλεονεκτήματα από άλλες τεχνολογίες επικοινωνίας σε αυτά τα σενάρια.
Η εποχή της διασύνδεσης όλων των πραγμάτων είναι επίσης η εποχή των δεδομένων ως βασιλιάς. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις, εάν τα ευφυή αντικείμενα δεν έχουν αντίστοιχες πληροφορίες θέσης, σημαίνει ότι τα δεδομένα είναι “χαώδης” και η διαθέσιμη τιμή θα μειωθεί σημαντικά. Με την έντονη ανάπτυξη του κλάδου του Διαδικτύου των πραγμάτων τα τελευταία δύο χρόνια, η ζήτηση για τεχνολογία τοποθέτησης σε διάφορα σενάρια εφαρμογής Internet of things έχει επίσης αυξηθεί σημαντικά. Στο παρόν, υπάρχουν δεκάδες ή και εκατοντάδες τύποι τεχνολογίας εντοπισμού θέσης, και κάθε τεχνολογία εντοπισμού θέσης έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και κατάλληλα σενάρια εφαρμογής.
Το LoRa εφαρμόζεται σε τοπικές περιοχές με μεγαλύτερη πυκνότητα και έχει τα χαρακτηριστικά του σχετικά ανεξάρτητου, ισχυρότερο σήμα και χαμηλότερο κόστος. Ως εκ τούτου, Η LoRa πρέπει να έχει μια θέση στη μελλοντική αγορά του Διαδικτύου των πραγμάτων στο γαλάζιο του ωκεανού. Όσο για τη μελλοντική προοπτική ανάπτυξης του LoRa, Εξαρτάται ακόμη από την κοινή προώθηση των ανθρώπων του κλάδου.
