Магазин
Планируете интеграцию LoRaWAN в ваше решение Интернета вещей? В сфере стремительно развивающихся технологий Интернета вещей LoRaWAN занимает лидирующие позиции в секторе LPWAN. Если вы рассматриваете сетевое решение LoRaWAN для промышленных или корпоративных приложений, изучение тонкостей этого протокола станет важным первым шагом. В этой статье мы подробно рассмотрим все ключевые аспекты технологии LoRaWAN. Присоединяйтесь к нам, и мы разберемся с основами и предоставим вам ценную информацию для принятия обоснованных решений в ваших проектах в сфере Интернета вещей.
Что такое технология LoRaWAN
LoRaWAN расшифровывается как Long Range Wide Area Network (широкополосная сеть дальнего радиуса действия). Это маломощный протокол WAN, разработанный для беспроводных устройств и устройств с питанием от аккумуляторов. Сети LoRaWAN обычно используют нелицензируемый спектр, например, 433 МГц или 900 МГц, для беспроводного подключения устройств к интернету на больших расстояниях.
Технология основана на физическом уровне, называемом Lora, который использует модуляцию с расширенным спектром ЛЧМ-сигналом. Этот метод расширяет полосу пропускания сигнала, делая его устойчивым к помехам и обеспечивая большую дальность действия. Компания Semtech изначально разработала метод модуляции LoRa и продолжает его поддерживать.
LoRaWAN добавляет протокол сетевого уровня для обеспечения двусторонней связи между конечными устройствами и шлюзами. Шлюзы затем подключаются к центральным сетевым серверам по IP. Эта архитектура обеспечивает такие функции, как адаптивная скорость передачи данных, адресация устройств, безопасность, роуминг и т. д., что делает возможным масштабное развертывание.
LoRa Alliance — это открытая некоммерческая ассоциация, которая курирует Стандарты LoRaWAN и способствует глобальному внедрению. В состав организации входят более 500 участников по всему миру, включая производителей устройств, операторов и поставщиков решений, которые способствуют внедрению технологий.
Разница между ЛоРа и ЛоРаВАН
Проще говоря, LoRa — это всего лишь метод физической модуляции или схема кодирования сигнала, обеспечивающая связь на больших расстояниях. LoRa использует концепцию модуляции с расширенным спектром ЛЧМ-сигнала и прямую коррекцию ошибок для достижения дальности покрытия более 10 км в сельской местности и 3 км в городах.
Протокол LoRaWAN работает поверх модуляции LoRa, обеспечивая управление передачей данных, двусторонний обмен данными и реализацию функций сетевой безопасности. Это включает в себя такие возможности, как оптимизация скорости передачи данных, схемы адресации, реализация шифрования AES-128 и управление обменом данными между устройствами и шлюзами.
Итак, LoRa — это схема модуляции на физическом уровне, обеспечивающая передачу сигналов на большие расстояния, а LoRaWAN определяет протокол и стандарты связи. Представьте себе LoRa как автомагистраль, позволяющую автомобилям быстро преодолевать большие расстояния, а LoRaWAN — как дорожные знаки и средства управления, обеспечивающие упорядоченное и безопасное движение по этой магистрали.
Как работает технология LoRaWAN
Архитектура LoRaWAN включает конечные устройства/узлы с датчиками, шлюзами, сетевым сервером и сервером приложений.
Конечные точки подключаются по каналам LoRa к шлюзам, развёрнутым снаружи зданий, например, на вышках и т. д. Шлюзы обеспечивают связь через транзитные соединения, такие как Wi-Fi, Ethernet или сотовая связь. Они могут охватывать большие расстояния со скоростью передачи данных от 0.3 до 50 кбит/с.
Шлюзы пересылают сообщения с потенциально миллионов устройств обратно на центральный сетевой сервер. Он управляет такими важными функциями, как безопасность, адресация, профили устройств, правила, адаптация скорости передачи данных и т. д. Он также устраняет дубликаты сообщений и контролирует подтверждённую доставку между приложениями и устройствами.
Сетевой сервер передаёт данные через IP-подключения на сервер приложений. Именно здесь размещаются IoT-приложение и бизнес-логика для декодирования данных датчиков и их подключения к панелям мониторинга, аналитике, облачным сервисам и т. д.
Классы устройств LoRaWAN A, B и C
LoRaWAN содержит три различных типа конечных устройств для удовлетворения различных потребностей, возникающих в широком спектре приложений:
Класс A: наименьшее энергопотребление и двунаправленное конечное устройство
Это класс по умолчанию, который позволяет конечным точкам передавать данные по восходящей линии связи в любое время, после чего следуют два коротких окна приёма по нисходящей линии связи. Поскольку восходящая связь асинхронна, а нисходящая следует синхронизации восходящей линии связи, устройства могут находиться в спящем режиме, продлевая время работы батареи. Сообщения по нисходящей линии связи буферизуются на сервере.
Класс B: Двунаправленное терминальное устройство с детерминированной задержкой нисходящей линии связи
Устройства класса B открывают дополнительные окна приёма через запланированные интервалы, синхронизированные с сетью. Это позволяет снизить задержку в нисходящем канале за счёт повышения энергопотребления. Детерминированная задержка программируется на 128 секунд, что позволяет использовать устройство в режиме работы от аккумулятора.
Класс C: минимальная задержка, двунаправленное оконечное оборудование
Класс C, основанный на классе A, поддерживает приёмник постоянно открытым, за исключением случаев передачи данных. Это позволяет серверу в любое время устанавливать соединение практически с нулевой задержкой. Однако непрерывное прослушивание может потреблять более 50 мВт, поэтому класс C подходит для приложений с питанием от сети. Возможно временное переключение.
Сравнение LoRaWAN с другими технологиями LPWAN
ЛПВАН Пространство, быстрорастущий сегмент рынка IoT-подключений, включает в себя SigFox, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, Link Labs и Weightless. Другие протоколы, такие как LTE-CAT M, IEEE P802.11AH и Dash7, также играют важную роль в экосистеме LPWAN. В этом разделе мы в основном рассмотрим упомянутые ранее технологии.
- LoRaWAN
LoRaWAN, управляемый альянсом LoRa, характеризуется открытым стандартом сетевого уровня, поддерживаемым разнообразным отраслевым альянсом. Работая на чипе LoRa, он превосходен в приложениях, работающих только в восходящем канале связи, благодаря эффективному распределению кодированных пакетов, что снижает количество коллизий и помех. Несмотря на открытый стандарт, зависимость LoRaWAN от чипов Semtech для реализации полного стека добавляет ему эксклюзивности.
- Sigfox
Французская компания SigFox, основанная в 2009 году, отличается увеличенной дальностью связи благодаря низкой частоте модуляции. SigFox — это запатентованная технология, которая отлично подходит для приложений, требующих нечастых и небольших пакетов данных, таких как умные мусорные баки и парковочные датчики. Однако ограничения пропускной способности нисходящего канала и подверженность помехам создают трудности в некоторых случаях использования.
- NB-IoT и LTE-M
В сфере LPWAN появляются технологии NB-IoT и LTE-M, использующие стандартное подключение LTE. NB-IoT отличается превосходной энергоэффективностью и экономичностью, что делает его идеальным решением для приложений умного города, в то время как LTE-M обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Выбор между ними зависит от конкретных условий применения: NB-IoT хорошо подходит для интеллектуальных счётчиков, в то время как LTE-M может быть более выгоден для дронов или транспортных средств.
- Лаборатории ссылок
Link Labs использует чип LoRa, но вводит частный MAC-уровень под названием Symphony Link. Symphony Link добавляет ряд важных функций подключения по LoRaWAN, включая гарантированное обновление прошивки по беспроводной сети, приём сообщений, возможности ретранслятора, а также снятие ограничений на динамический диапазон и рабочий цикл.
- невесомый
Миссия Weightless SIG — стандартизировать технологию LPWAN. Weightless, единственный по-настоящему открытый стандарт, работает в нелицензируемом диапазоне частот ниже 1 ГГц. Существуют три версии Weightless, предназначенные для различных целей:
Weightless-w: использование свободного пространства (неиспользуемого местного спектра в лицензированном телевизионном диапазоне)
Weightless-n: нелицензируемый узкополосный протокол, созданный на основе технологии NWave
Weightless-p: двусторонний протокол, созданный на основе технологии Platanus компании M2COMM
Weightless N и P являются более популярным выбором, поскольку срок службы батареи Weightless W короче.
Преимущества технологии LoRaWAN
Вот некоторые из основных преимуществ технологии LoRaWAN:
- Сверхнизкое энергопотребление: Устройства LoRaWAN могут работать в режиме пониженного энергопотребления, а их аккумулятор может прослужить несколько лет.
- Исключительный ассортимент: Дальность действия до 10 миль в сельской местности и 1–3 мили в городских условиях.
- Глубокое проникновение в помещении: Сети LoRaWAN могут обеспечить глубокое покрытие внутри помещений и легко охватывать многоэтажные здания.
- Бесплатное лицензирование Spectrum: Технология LoRaWAN работает на бесплатных (нелицензируемых) частотах, без дополнительных сборов за лицензирование спектра.
- Высокая производительность: Пропускная способность сети позволяет поддерживать более миллиона устройств на каждый шлюз.
- Государственное и частное развертывание: Легко развернуть как частные, так и публичные сети LoRaWAN с использованием одного и того же программного и аппаратного обеспечения (конечные устройства, шлюзы, антенны).
- Комплексная безопасность: Мощное 128-битное сквозное шифрование AES для надежной безопасности.
- Бюджетный: Очень низкая стоимость устройств и эксплуатации, что делает их идеальным решением для крупномасштабного развертывания устройств.
- Экосистема: LoRaWAN имеет очень большую экосистему производителей устройств, разработчиков приложений, поставщиков сетевых услуг и поставщиков решений.
Варианты использования технологии LoRaWAN
Вот несколько перспективных вариантов использования, идеально подходящих для LoRaWAN:
Умные города и коммунальные услуги
Города могут эффективно объединить в единое целое такие элементы инфраструктуры, как счётчики, мусорные баки, уличное освещение и датчики загрязнения окружающей среды. Даже отслеживание транспортных средств и автобусов может стать эффективным решением для обеспечения интеллектуального транспорта. Для коммунальных предприятий масштабное внедрение интеллектуального учёта, охватывающее счётчики газа, электроэнергии и воды, весьма перспективно.
Цепочка поставок и логистика
Логистические компании могут отслеживать местоположение, состояние и перемещение контейнеров и поддонов на нескольких складах и в пути. Холодовая цепь может обеспечить сохранность скоропортящихся товаров. Портовые операторы могут отслеживать краны, транспортные средства, грузы и т. д.
Умное сельское хозяйство и фермерство
Датчики LoRaWAN могут быть использованы на фермах, в садах и виноградниках, контролируя влажность почвы, состояние растений и условия хранения круглый год с помощью датчиков питания. Также появляются носимые устройства для наблюдения за здоровьем животных и определения местоположения.
Управление активами и отслеживание
Ценные активы, такие как оборудование и устройства, можно отслеживать в разных местах по таким параметрам, как температура, удары, движение и т. д., повышая безопасность, эффективность использования и срок службы. Поддоны и коробки с метками LoRaWAN оптимизируют работу складов.
Промышленный Интернет вещей и мониторинг датчиков
На заводах можно использовать надёжные датчики с большим радиусом действия для отслеживания оборудования, показателей безопасности и качества продукции на всех этажах без проводов и замены батареек. Можно измерять даже на удалённых объектах, таких как трубопроводы, буровые установки и т. д.
Умное здравоохранение и медицина
Больницы могут эффективно подключать медицинские устройства и оборудование, например, инвалидные коляски, с помощью LoRaWAN для более эффективного отслеживания и использования. Браслеты для пациентов во время госпитализации улучшают рабочие процессы, отслеживая их перемещения. Учреждения для престарелых и инвалидов также выигрывают от функций определения местоположения и обнаружения падений, повышая безопасность.
Датчики MOKOSmart LoRaWAN для вашего применения
MOKOSmart предлагает широкий выбор датчиков с поддержкой LoRaWAN, которые идеально подходят для множества маломощных приложений Интернета вещей с большим радиусом действия. Вот некоторые из датчиков MOKOSmart LoRaWAN, которые могут быть полезны:
Датчик движения LoRaWAN PIR: обнаруживает движение и может использоваться для мониторинга присутствия людей, оповещения о вторжении, запуска автоматизации и многого другого.
GPS-трекер LoRaWAN: Отслеживает местоположение активов в режиме реального времени, а также может контролировать температуру и перемещение. Полезно для управления автопарком, отслеживания активов и предотвращения краж.
Датчик температуры и влажности LoRaWAN: Контролирует температуру и влажность окружающей среды. Отлично подходит для логистики холодильной цепи, мониторинга систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, отслеживания складских помещений и анализа окружающей среды.
Кнопка паники LoRaWAN: кнопка экстренного оповещения, которая при нажатии может уведомить персонал о проблемах или активировать системы экстренного реагирования.
Датчик парковки LoRaWAN: Обнаруживает наличие транспортного средства на парковочном месте. Обеспечивает работу интеллектуальных парковочных приложений и аналитики.
Умный значок LoRaWAN: Отслеживает местоположение персонала в режиме реального времени и может использоваться в качестве тревожной кнопки для отправки оповещений. Отлично подходит для управления персоналом, контроля доступа и обеспечения безопасности.
Как начать работу с технологией LoRaWAN
Развернуть LoRaWAN-решения От проверки концепции до крупномасштабного внедрения основные этапы обычно включают:
- Проверьте, соответствует ли LoRaWAN требованиям к надежности, дальности и сроку службы батареи.
- Изучите варианты покрытия через публичные сети, общественные сети или частные развертывания
- Выберите оборудование, такое как модули LoRa и датчики LoRaWAN.
- Проверьте доступность локального поставщика сетевых услуг или разверните собственные шлюзы.
- Подключите конечное оборудование через шлюзы к сетевому серверу LoRaWAN.
- Разработка приложений для устройств и интеграция приложений IoT с облачными сервисами
- Тестовое покрытие и производительность датчиков в ожидаемых условиях развертывания
Поскольку покрытие LoRaWAN и выбор устройств быстро расширяются, сейчас самое время изучить собственные инновационные варианты использования LoRaWAN.
