LPWAN están dominando la industria de IoT. Como el nombre sugiere, LPWAN es un grupo de estándares inalámbricos destinados a optimizar dos métricas para Internet de las cosas:
Los estándares LPWAN difieren de la red de área personal inalámbrica (SARTÉN) tecnologías como Zigbee, Bluetooth, y otros. Aunque este último se puede utilizar para Internet de las cosas, el rango y el alcance de su aplicación son limitados. La tecnología LPWAN más próspera es LoRaWAN IoT.
Según los requisitos de ancho de banda, IoT se divide en tres segmentos de mercado:
LoRaWAN devices and the accessible LoRaWAN protocol allow smart operation of IoT applications that address some of the world’s most pressing issues, incluido el almacenamiento de energía, conservación de recursos naturales, protección contra la contaminación, confiabilidad de la infraestructura, preparación para desastres, y más. Semtech’s LoRa systems and the LoRaWAN protocol have a long list of applications in smart metering, hogares inteligentes, cadena de suministro inteligente y logística, ciudades inteligentes, agricultura inteligente, y otras areas.
It’s important to note that LoRa isn’t an LPWAN implementation in itself. El chip que permite la modulación se conoce como LoRa.. En cualquier configuración de red, se necesita una capa MAC para configurar una red. LoRa Alliance mantiene la capa LoRaWAN MAC que es sinónimo de chips LoRa. Si bien el término LoRa se usa a menudo para aplicar a todo el protocolo, this document would use a strict description of LoRa to distinguish Link Labs’ Symphony Link, que utiliza una capa MAC patentada encima de un chip LoRa.
La especificación LoRaWAN IoT es un tipo de tecnología LoRa que utiliza redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) protocolo. El protocolo LoRaWAN utiliza el espectro de radio en el ámbito médico. (ISMO) Industrial, y banda científica para vincular de forma inalámbrica cosas que funcionan con baterías a Internet en el estado, nacional, o redes globales. El protocolo LoRaWAN junto con los parámetros de la capa física LoRa de dispositivo a infraestructura se especifican en esta especificación, que permite una interoperabilidad fluida entre dispositivos.
En la arquitectura de red LoRaWAN IoT, que se implementa en una topología estrella-estrella, Las puertas de enlace transmiten mensajes entre los dispositivos finales y un procesador de red central.. La capa física de LoRa utiliza la tecnología inalámbrica para aprovechar el largo alcance., permitir una comunicación de un solo punto entre un dispositivo final y una o más puertas de enlace. La conectividad bidireccional es posible en ambos tipos, y los grupos de multidifusión son compatibles para un uso eficaz del espectro durante tareas como Firmware Over The Air (FOTO) actualizaciones u otros mensajes de entrega masiva.
Dispositivos finales
Para construir dispositivos finales que se unirán a las redes LoRaWAN IoT, Los fabricantes de computadoras dependerán de los estándares y programas de calificación de LoRa Alliance.. También pueden alcanzar un tiempo de comercialización más rápido mediante el uso de ofertas de diseño de referencia establecidas ofrecidas por ciertos proveedores., basado en su experiencia en LoRa en redes IoT, para incorporar de manera efectiva las redes LoRaWAN en su diseño, así como obtener las mejores prácticas para la comunicación informática y el intercambio de datos en la red..
Red de radio
Pasarelas de IoT LoRaWAN, que puede acomodar una gran cantidad de sensores y permitir implementaciones de redes públicas y privadas, se puede usar en cualquier lugar. Las puertas de enlace permiten la comunicación bidireccional y pueden procesar mensajes de una gran cantidad de dispositivos finales de sensores basados en LoRa al mismo tiempo. Dado que las puertas de enlace LoRa son menos costosas que las estaciones base celulares, expandir el ancho de banda de la red es tan simple como instalar más puertas de enlace. Las puertas de enlace pueden aceptar cualquier cosa, desde 8 para 64 canales, Permitir que una red maneje millones de mensajes todos los días.. La eficiencia de la red de radio. (cobertura, robustez, rendimiento, tiempo de actividad, y confiabilidad) is directly proportional to the gateways’ quality.
Red central
El servidor de red LoRaWAN IoT (LNS) puede estar instalado en el sitio o alojado en plataformas en la nube. Dirige los paquetes obtenidos de varias puertas de enlace a un servidor de aplicaciones después de procesarlos.. Para implementar y operar una red LoRaWAN IoT de alto rendimiento, you’ll need powerful resources to track, personalizar, control, y solucionar problemas de las puertas de enlace, así como otorgar la QoS de red deseada. Algunos proveedores ofrecen una amplia gama de herramientas de gestión., llamado Sistema de Apoyo a las Operaciones (nosotros), basado en la experiencia de la red celular, para orquestar eficazmente toda la red en tiempo real y garantizar su perfecta disponibilidad para el procesamiento de datos de misión crítica.
Servidores de aplicaciones
Las API se pueden utilizar para fusionar las funciones de la red de acceso por radio directamente en repositorios de aplicaciones y paneles de control., facilitando la configuración y la gestión de una red LoRa e IoT. Los propietarios de empresas deberían ampliar la capacidad del servidor de aplicaciones con servicios de valor añadido como el acceso a dispositivos finales o la geolocalización., así como crear servicios innovadores que produzcan fuentes de ingresos incrementales, para aprovechar al máximo la tecnología de red central y de radio.
LoRaWAN IoT utiliza tres clases de dispositivos en comunicaciones de largo alcance.
Clase A (obligatorio para todos).
Los dispositivos de clase A abren dos breves ventanas de tiempo de recepción después de cada transmisión (designado como RX1 y RX2).
Los intervalos desde el final de la transmisión hasta la apertura de la primera y segunda ventana de tiempo se pueden configurar, pero debe ser el mismo para todos los dispositivos en la red dada (RECEIVE_DELAY1, RECEIVE_DELAY2). Los canales de frecuencia utilizados y las velocidades de transmisión para las ranuras RX1 y RX2 pueden diferir. Recommended values are given in a separate document – “LoRaWAN Regional Parameters” available on the LoRa Alliance website.
Los dispositivos de clase A son los que consumen menos energía, pero para transferir un mensaje del servidor al dispositivo final, debe esperar el próximo mensaje saliente de este dispositivo.
Clase B (Faro)
Además de las ventanas de recepción definidas para dispositivos de Clase A, Los dispositivos de clase B abren ventanas de recepción adicionales en un horario. Para sincronizar los horarios de apertura de adicionales, recibir ventanas, las pasarelas emiten balizas. Todas las pasarelas que forman parte de la misma red deben emitir balizas al mismo tiempo. La baliza contiene un identificador de red y una marca de tiempo. (UTC).
El uso de la clase B asegura que al sondear los puntos finales, el retraso de respuesta no excederá una cierta cantidad determinada por el período de las balizas.
Clase C (Continuo)
Los dispositivos de clase C están en modo de recepción casi todo el tiempo, excepto por los intervalos en los que transmiten mensajes. Excepto por la ventana de tiempo RX1, el terminal usa los parámetros de recepción RX2.
La clase C se puede utilizar donde no es necesario ahorrar energía con todas sus fuerzas. (medidores de electricidad) o cuando sea necesario sondear dispositivos terminales en momentos arbitrarios.
Seleccionando velocidades de datos, creará una compensación compleja entre el rango de contacto y la duración del mensaje. es más, La tecnología de espectro ensanchado garantiza que la conectividad con varios DR no entre en conflicto entre sí., resulting in a series of interactive “code” channels that boost the gateway’s throughput. El servidor de red LoRaWAN usa una velocidad de datos adaptable (ADR) esquema para monitorear la configuración de DR y la capacidad de salida de RF por cada punto final de forma independiente para optimizar la vida útil de la batería del punto final y el ancho de banda total de la red.
Autenticación de dispositivos:
Hay dos técnicas de verificación que son compatibles con LoRa.
Claves de sesión de red y programa, así como una dirección de red informática de 32 bits preasignada, se utilizan para configurar dispositivos, similar a la asignación de direcciones IP estáticas.
OTAA permite que los dispositivos envíen una solicitud de comunicación a un servidor de red, que luego autentica la computadora y le asigna una dirección, así como un token para obtener claves de sesión. Las claves de sesión de la red y de la aplicación se derivan durante el procedimiento de conexión a partir de la clave de la aplicación pública previamente aprovisionada en el dispositivo..
El ancho de banda no influye en la tasa de chirrido de LoRa. La tasa de chirrido es, en verdad, proporcional al ancho de banda. Dado que un símbolo LoRa se compone de chirridos 2SF que cubren toda la banda de frecuencia (SF denota el factor de expansión log2), la interacción entre la amplitud del chirp y el ancho de banda tiene muchas implicaciones:
Para retransmitir tramas físicas, LoRa emplea una estructura básica:
Cada mensaje comienza con un preámbulo de chirrido ascendente que codifica una palabra de sincronización cubriendo toda la banda de frecuencia.. The term “sync” distinguishes the LoRa network from those operating in the same frequency range.
El encabezado opcional especifica el tamaño de la carga útil, tasa de código, y si hay o no un CRC de carga útil.
El encabezado es seguido por la carga útil y un CRC opcional.
El uso cada vez mayor de LoRa para Internet de las cosas está influyendo, alterando, y gestionar nuestro mundo a nuestro alrededor. Esta tecnología ha permitido avances significativos en el intercambio rápido de datos confiables., y ha dado como resultado una mayor productividad para organizaciones que van desde pequeñas empresas hasta grandes ciudades. La parte siguiente analiza la importancia de la tecnología LoRa.
It’s as if IoT technology is maturing, y hay una variedad de razones por las que las redes basadas en LoRa se están convirtiendo cada vez más en la red preferida para los ingenieros de diseño que trabajan en una variedad de aplicaciones de IoT de vanguardia.. Por supuesto, fiabilidad, seguridad, y la escalabilidad son importantes, but the technology’s ability to operate over distances of up to 20 kilómetros mientras se usa una fracción de la energía requerida por otras plataformas también es atractivo. Estas características hacen que LoRa sea ideal para la transmisión de datos bidireccional en edificios inteligentes., ciudades inteligentes, e incluso entre países, and they will enable IoT to play an increasingly important role in virtually everyone’s lives.
Debido a su ritmo y fuerza de señal incomparables, 5La tecnología G está ganando popularidad. Permitiría que los dispositivos conectados compartieran datos hasta 50% más rápido y en piezas mucho más grandes, allanando el camino para una revolución en todas las industrias.
Para crear una red 5G en una ubicación determinada, Las redes específicas deben construirse desde cero.. A pesar de que el 5G se antepone al 4G, necesita enrutadores modernos, redes de tejido, y torres transmisoras.
Esta infraestructura es costosa y requiere mucho tiempo para su instalación.. Según la Comisión Europea, bringing 5G to any town and city in Europe would cost €500 billion.
es más, Los clientes y proveedores han sido tibios con respecto a las tecnologías 5G hasta ahora debido a sus efectos estipulados en la salud humana..
LoRa / LoRaWAN realizará muchas de las mismas actividades que 5G, aunque a un ritmo más lento y menos costoso. It’s doubtful that you’ll use LoRa to submit video or audio. La velocidad de LoRa está entre 0.3 y 27 kilobits por segundo, lo que asegura que la transmisión de una imagen tomaría muchas horas y la transmisión de un video tomaría décadas.
LoRa, en la otra mano, tiene muchas otras aplicaciones.
El sistema fue creado para sensores industriales de IoT, no para electrónica de consumo. It’s used to send small data packets (alrededor 240 bytes) and doesn’t have a network IP stack. Como resultado, LoRa transmitirá la temperatura, humedad, vibración, iluminación, y otros detalles relacionados.
IoT de banda estrecha (NB-IoT) Las redes son utilizadas por ciertas computadoras habilitadas para LoRa.. NB-IoT es una red de área amplia de bajo consumo (LPWAN) especificación establecida por las mismas organizaciones que produjeron los protocolos 4G y 5G.
Para decirlo de otra manera, esta es una tecnología celular que:
NB-IoT no necesitaría la construcción de alguna infraestructura específica; solo necesita la instalación de aplicaciones. Como resultado, una red como esta se escalará rápidamente para llegar a millones de usuarios. Sin embargo, en comparación con los sistemas LoRa, la cantidad de estos dispositivos es mucho menor.
El mayor defecto es que NB-IoT consume mucha electricidad, lo que hace que las baterías se agoten rápidamente.
NB-IoT depende del cifrado salto a salto, que se está volviendo cada vez más anticuado, mientras que LoRaWAN utiliza cifrado de extremo a extremo, que es un nuevo mecanismo de protocolo de seguridad.
AWS LoRaWAN IoT es el futuro de LoRaWAN. AWS une LoRa e IoT para formar una plataforma en la nube administrable. A través de puertas de enlace LoRaWAN, Los dispositivos LoRaWAN se conectan con AWS IoT Core. Las reglas de AWS IoT enviarán mensajes del sistema LoRaWAN a otros recursos de AWS y los procesarán para formatear los resultados..
Las políticas de servicio y sistema que AWS IoT Core necesita para controlar y conectarse con los dispositivos y puertas de enlace LoRaWAN son administradas por LoRaWAN AWS IoT Core. Los destinos que definen las reglas de AWS IoT que envían datos del sistema a otros proveedores también son administrados por LoRaWAN IoT Core..
LoRa es un espectro ensanchado de frecuencia patentado. En 2008, La empresa francesa Cycleo patentó la tecnología, y en 2012 Semtech lo compró. A partir de ese momento, LoRaWAN despegó. Semtech logró captar la atención de IBM y Cisco en la nueva tecnología, que luego ingresó a la Alianza LoRa.
LoRaWAN (Redes de área amplia de largo alcance) se implementa en el espectro de frecuencias sin licencia.
Los dispositivos en la red LoRaWAN transmiten datos de forma asíncrona para ser enviados a la puerta de enlace. Varias puertas de enlace que reciben esta información envían paquetes de datos a un servidor centralizado en la red., y de ahí a los servidores de aplicaciones.
La Alianza LoRa es la que controla el protocolo en todo el mundo. La alianza reúne sobre 500 empresas de hardware y software y operadores LoRaWAN.
Los servicios de comunicación LoRaWAN son proporcionados por 42 operadores en más de 250 ciudades alrededor del mundo.
The “LoRa IoT” (a channel connecting end devices to the operator’s access point), construido con tecnología LoRaWAN, se puede caracterizar por tres características: “far, autónomo durante un largo período de tiempo, and economical”.
Las redes LoRaWAN tienen una alta velocidad de implementación (desde dos dias) y puesta en marcha sencilla. La topología en estrella crea un gran radio de cobertura para cada estación base y elimina los equipos intermedios.
Gracias al ADR (Velocidad de datos de autoajuste) modo, los dispositivos finales solo están activos durante la transferencia de datos. Esta, junto con la baja potencia del propio transmisor, permite que el dispositivo funcione de forma autónoma hasta 10 años de una batería, así como aumentar la cantidad de dispositivos que se comunican con una estación base y escalar la red.
El bajo costo de las estaciones base y los nodos finales permite implementar algunas soluciones hasta 10 veces más barato en comparación con los sistemas de baja corriente como ZigBee o GSM / GPRS.
LoRa es un estándar abierto, y esto evita el monopolio y la dependencia de fabricantes de equipos específicos. Otra ventaja de la apertura es la unificación de desarrolladores y fabricantes que utilizan esta tecnología en una alianza., lo que le permite desarrollarlo y promoverlo de manera más rápida y eficiente.
Por estas caracteristicas, LoRaWAN es ideal para sistemas con altos requisitos de estabilidad de comunicación a largas distancias y bajo consumo de energía., permitiendo que los dispositivos finales funcionen de forma autónoma y sin recargar durante mucho tiempo. Por lo tanto, it is possible to assemble various types of devices into a single system – street lights, dispositivos de medición para el consumo de viviendas y servicios comunales (electricidad, agua, gas, calor), una flota de vehículos (control de movimiento, el consumo de combustible), dispositivos de seguridad (control de acceso), etc. , así como crear soluciones fundamentalmente nuevas en el campo de los servicios de comunicación., vigilancia, telemática, telemecánica, despachando, PREGUNTAR, APCS, sistemas de hogares inteligentes y ciudades inteligentes, etc.
LoRaWAN se distribuye normalmente en un espectro sin licencia., permitiendo a todos construir una red IoT / LPWAN basada en LoRaWAN. Tres modelos de implementación son posibles como resultado de este:
Basado en operador: Bajo este modelo convencional, un operador invierte en la construcción de una red nacional y solo brinda servicios de conectividad a sus suscriptores.
Basado en la empresa: Dado que LoRaWAN opera en espectro sin licencia y las puertas de enlace son relativamente económicas y fáciles de instalar, este modelo permite a los clientes comerciales configurar su propia red privada.
Modelo híbrido: Por su diseño abierto, LoRaWAN es el paradigma híbrido más intrigante, que no es factible o difícil en otras tecnologías LPWA o Cellular IoT rivales (debido al espectro con licencia). Dentro de 3GPP, hay proyectos como CBRS, sin embargo, todavía están en proceso y lejos de estar listos para implementaciones de IoT a gran escala. Este modelo permite una colaboración público-privada para compartir los gastos y las ventas de la red al mismo tiempo que se densifica la red donde las aplicaciones y los servicios son más frecuentes.. Dado que varias puertas de enlace aceptarán mensajes LoRaWAN, y el servidor de red elimina la redundancia, este modelo es posible. En situaciones en las que la red es operada por varios operadores / empresas, LoRa Alliance ya ha aceptado una arquitectura de roaming que permite a los operadores compartir la red.. Este modelo reduce el gasto del operador y, al mismo tiempo, proporciona un modelo de negocio transformador para implementar la capacidad de IoT donde más se necesita.. Ilustramos cómo el potencial de LoRaWAN escala significativamente con la densidad de la puerta de enlace en la sección final del documento..
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