Abstract
LoRa is a new solution to low power wide-area wireless network of Internet of Things. LoRa chipsets connect sensors to the Cloud, enabling real-time data and analytics connectivity that can be used to improve efficiency and production. LoRa devices offer smart IoT applications that address some of our planet’s most pressing issues, including energy management, natural resource conservation, pollution control, and infrastructure efficiency. Par exemple, the outdoor industrial parks need large-scale connectivity and will confront the issues of cable layout. With one of the advantage of LoRaWAN technology, it has a large coverage area measured in kilometers, which reduces the density of cables and deployment of IoT devices. LoRaWAN infrastructure is highly low-cost compared to other networks, and end-device radios are also low-cost. LoRaWan peut être largement appliqué à la surveillance de la pollution atmosphérique, transformation agricole, suivi des animaux, détection d'incendie, suivi de flotte, sécurité à domicile, et surveillance de la température industrielle.
La spécification ouverte LoRaWAN est une faible consommation, réseau étendu (LPWAN) standard basé sur les appareils LoRa de Semtech qui tire parti des ondes radio sans licence dans le secteur industriel, Scientifique, et médical (ISM) groupe. L'Alliance LoRa®, une organisation à but non lucratif et une alliance technologique en développement rapide, est responsable de la standardisation et de l’harmonisation globale du standard LoRaWAN. Les normes LoRaWAN offrent une solution efficace, flexible, et une solution rentable aux problèmes du monde réel dans les cas d'utilisation rurale et intérieure où cellulaire, Wifi, et Bluetooth basse consommation (BLE) les réseaux ne sont pas aux normes. Les appareils LoRa et la norme LoRaWAN permettent une large gamme d'applications dans une variété de domaines critiques, y compris l'agriculture intelligente, bâtiments, villes, l'environnement, soins de santé, logement, contrôle industriel, chaîne d'approvisionnement, et logistique, utilitaires, sécurité publique et autres.
Qu'est-ce que le LPWAN et sa vitesse?
LoRa™ est une technologie de modulation de radiofréquence pour LPWAN, mais avant de discuter de ce qu'est LoRa, nous devons parler de LPWAN. LPWAN (Réseau étendu à faible consommation), également connu sous le nom de LPWA (Zone étendue à faible consommation), ou LPN (Réseau basse consommation, réseau basse consommation), est un réseau sans fil IoT de capteurs alimentés par batterie qui peut communiquer sur de longues distances avec de faibles débits binaires. Faible consommation d'énergie, faibles débits binaires, et le moment d'utilisation peuvent être utilisés pour différencier les LPWAN des WAN sans fil, qui sont conçus pour connecter des entreprises ou des utilisateurs, et transférer plus de données mais consommer également plus d'énergie. Le taux de transmission de chaque canal du LPWAN est relativement lent, plus lent que Zigbee et NB-IoT, c'est entre 0.3 kbit/s et 50 kbit/s. LPWAN peut être utilisé pour créer un réseau privé de capteurs sans fil, mais il peut aussi s'agir d'un service ou d'une infrastructure fournie par un tiers, qui permet aux propriétaires de capteurs de déployer des capteurs directement sans avoir à investir dans la construction de passerelles.
Qu'est-ce que LoRa?
LoRa est un protocole LPWAN développé par Semtech, fournir des communications à longue portée: jusqu'à 3 kilomètres (5 kilomètres) dans les zones urbaines et 10 kilomètres (15 kilomètres) ou plus en milieu rural (ligne de mire). Les autres protocoles LPWAN incluent Sigfox et Weightless. LoRa est basé sur une technologie de modulation à spectre étalé dérivée du spectre étalé chirp (CSS) technologie. Il a été initialement développé par Cycleo à Grenoble, France, et a ensuite été acquis par Semtech, un membre fondateur de l'Alliance LoRa. Par rapport aux autres réseaux IoT, LoRa a cinq caractéristiques, longue portée, faibles débits de données, longue durée de vie de la batterie, faible coût, et haute capacité. Une caractéristique clé des solutions basées sur LoRa est la consommation d'énergie ultra faible., ce qui permet de créer des appareils alimentés par batterie pouvant durer jusqu'à 10 années. Les réseaux basés sur le protocole ouvert LoRa sont déployés dans une topologie en étoile et sont idéaux pour les applications qui nécessitent une communication intérieure longue portée ou profonde entre de nombreux appareils à faible consommation et les appareils qui collectent de petites quantités de données..
L'avantage de LoRa inclut, mais sans s'y limiter, la longue portée, couverture intérieure profonde, conception de topologie en étoile facile à mettre à l'échelle, longue durée de vie de la batterie, haute capacité, faible coût, positionnement précis à l'intérieur et à l'extérieur, et sécurité cryptée.
Différences entre trois
LPWAN
LPWAN est une technologie de réseau étendu sans fil qui connecte des réseaux à faible bande passante, appareils IoT alimentés par batterie avec de faibles débits binaires sur de longues distances. Il existe différentes possibilités pour construire un réseau LPWAN, mais les technologies LoRaWAN et NB-IoT ont affiché la croissance la plus rapide et détiendront la part de marché LPWA la plus élevée dans les années à venir..
LoRaWAN
LoRaWAN spécifie le protocole de communication du réseau et l'architecture du système, tandis que la couche physique LoRa permet des liens de communication longue distance. Le protocole et l'architecture réseau ont le plus d'impact sur la durée de vie de la batterie, capacité du réseau, qualité des services, sécurité, et la gamme d'applications offertes par le réseau.
LoRa
LoRa est une technique de transmission de signaux radio qui utilise le gazouillis, données multi-symboles pour communiquer des informations. En substance, ce sont des puces radio ordinaires en bande ISM qui peuvent convertir la fréquence radio en bits en utilisant LoRa (ou d'autres types de modulation tels que FSK) sans avoir besoin de coder. La technologie LoRa est une technologie de couche physique de niveau inférieur utilisée dans diverses applications autres que les communications étendues..
Architecture réseau LoRaWAN
LoRaWAN définit le protocole de communication et l'architecture du système. La couche physique LoRa prend en charge les liaisons de communication longue portée. Paire de protocoles et d'architecture réseau pour déterminer la durée de vie de la batterie du nœud, capacité du réseau, qualité de service, sécurité, ainsi que diverses applications de services web.
La méthode de modulation à spectre étalé LoRaWAN est une variante du spectre étalé chirp. La couche physique LoRaWAN peut être utilisée conjointement avec n'importe quelle couche MAC; cependant, LoRa est le MAC actuellement suggéré qui exploite un réseau dans une topologie en étoile simple. Windows à des heures prédéterminées, la passerelle et les balises sont utilisées pour synchroniser l'heure des appareils finaux. Appareils finaux avec un maximum d'emplacements de réception: Parce que ces nœuds sont constamment à l'écoute, ils ne conviennent pas au fonctionnement sur batterie. Dans certains cas, les réseaux en étoile avec un dispositif de passerelle alimenté et puissant sont une option.
Une architecture de réseau maillé est utilisée dans de nombreux réseaux existants. Les nœuds d'extrémité individuels d'un réseau maillé transmettent des informations provenant d'autres nœuds pour étendre la portée de communication du réseau et la taille des cellules.. Bien que cela améliore la portée, cela ajoute également de la complexité, limite la capacité du réseau, et réduit la durée de vie de la batterie, car les nœuds reçoivent et transmettent des données provenant d'autres nœuds qui ne leur sont probablement pas liés.. Quand la connectivité longue portée est possible, la conception en étoile à longue portée est la plus logique pour maintenir la durée de vie de la batterie.
Les nœuds d'un réseau LoRaWAN ne sont pas liés à une seule passerelle. Plutôt, les données envoyées par un nœud sont généralement reçues via un certain nombre de passerelles. Grâce à quelques liaisons, chaque passerelle transmettra le paquet reçu du nœud final au serveur réseau basé sur le cloud (soit cellulaire, Ethernet, satellite, ou Wi-Fi).
Le serveur réseau reçoit l'intelligence et la complexité et maintient le réseau, filtrage des paquets reçus redondants, faire des contrôles de sécurité, planifier les accusés de réception via la meilleure passerelle, et exécution d'un débit de données adaptatif, entre autres. Il n'y a aucune exigence de transfert de passerelle à passerelle si un nœud est mobile ou en mouvement, ce qui est une caractéristique essentielle pour les applications de surveillance des actifs – un domaine d’application cible important pour l’IoT.
Efficacité de la batterie et consommation d'énergie
L'autonomie de la batterie s'annonce très prometteuse sur un réseau LoRaWAN. Ses nœuds sont asynchrones, communiquer uniquement lorsqu'ils ont des données à diffuser, qu'ils soient événementiels ou planifiés. La technique Aloha est le nom donné à ce type de communication. Les nœuds d'un réseau maillé ou d'un réseau synchrone comme le cellulaire doivent fréquemment se « réveiller »’ pour se synchroniser avec le réseau et vérifier les messages. Cette synchronisation consomme beaucoup d'énergie et est la principale cause de diminution de la durée de vie de la batterie.. Dans une récente recherche de la GSMA et comparaison des différentes technologies s'adressant au marché LPWAN, LoRaWAN a surpassé toutes les autres alternatives technologiques en 3 à 5 fois.
Capacité du réseau
La capacité du réseau peut être très évolutive et flexible sur un réseau LoRaWAN. La passerelle doit être capable d'accepter des messages provenant d'un grand nombre de nœuds pour qu'un réseau en étoile à longue portée soit réalisable.. Dans un réseau LoRaWAN, une capacité réseau élevée est obtenue grâce à l'utilisation de débits de données adaptatifs et d'un émetteur-récepteur multimodem multicanal dans la passerelle, qui permet la messagerie simultanée sur de nombreux canaux. Le nombre de canaux simultanés, débit de données (temps d'antenne), longueur de la charge utile, et la fréquence à laquelle les nœuds diffusent incluent tous les éléments importants qui influencent la capacité. Parce que LoRa® est une modulation à spectre étalé, lorsque différents facteurs d'épandage sont utilisés, les signaux sont presque orthogonaux les uns aux autres. Le débit de données effectif varie en fonction du facteur d'étalement. La passerelle utilise cette fonctionnalité en étant capable de recevoir simultanément plusieurs vitesses de données sur le même canal.. Il n'est pas nécessaire qu'un nœud doté d'une bonne liaison et proche d'une passerelle utilise constamment le débit de données le plus bas et utilise le spectre disponible plus longtemps que nécessaire.. En augmentant le débit de données, le temps passé à l'antenne est réduit, permettant plus d'espace potentiel pour que d'autres nœuds puissent diffuser. Le débit de données adaptatif prolonge également la durée de vie de la batterie d'un nœud. Une liaison montante et une liaison descendante symétriques avec une capacité de liaison descendante appropriée sont nécessaires au fonctionnement du débit de données adaptatif.. Ces propriétés permettent à un réseau LoRaWAN d'avoir un débit élevé tout en le rendant évolutif. Un réseau peut être mis en place avec très peu d'équipement, et si de la capacité est nécessaire, plus de passerelles peuvent être ajoutées, pousser les débits de données plus haut, minimiser l'écoute avec d'autres passerelles, et augmentation de la capacité de 6 à 8 fois. En raison de compromis techniques qui limitent la bande passante de la liaison descendante ou rendent la portée de la liaison descendante inégale à la portée de la liaison montante, les autres options LPWAN n'ont pas l'évolutivité de LoRaWAN.
Classes de nœuds
Les appareils finaux sont utilisés à diverses fins et ont des besoins variés. LoRa utilise plusieurs classes d'appareils pour optimiser une gamme de caractéristiques d'application finale. Les classes d'appareils font un compromis entre la latence de communication de liaison descendante du réseau et la durée de vie de la batterie.. Le délai de communication en liaison descendante est critique dans les applications de contrôle ou de type actionneur.
Appareils finaux bidirectionnels (Classe A): Les appareils finaux de classe A fournissent des communications bidirectionnelles, avec la transmission de chaque appareil de liaison montante d'extrémité suivie de deux transmissions de liaison descendante. Les fenêtres de réception des liaisons descendantes sont brèves. L'intervalle de transmission planifié par le périphérique final est basé sur ses propres exigences de communication., avec une légère variation en fonction d'une base de sélection aléatoire dans le temps (Protocole de type ALOHA). Cette procédure de classe A utilise le moins d'électricité. système de périphérique final pour les applications nécessitant uniquement une communication en liaison descendante immédiatement après que le périphérique final a effectué une transmission en liaison montante vers le serveur. Liaison descendante. À tout autre moment, les messages du serveur devront attendre la prochaine liaison montante prévue.
Terminaux bidirectionnels avec emplacements de réception prévus (Classe B): En plus des fenêtres de réception aléatoires de classe A, Les appareils de classe B ouvrent des fenêtres de réception supplémentaires à des périodes prédéterminées. Le périphérique final reçoit un signal synchronisé dans le temps de la passerelle afin d'ouvrir sa fenêtre de réception à l'heure prescrite.. Cela informe le serveur lorsque le périphérique final écoute.
Appareils terminaux avec un maximum d'emplacements de réception dans les deux sens (Classe C): Les appareils finaux de classe C disposent de fenêtres de réception ouvertes pratiquement en permanence qui ne se ferment que lors de l'envoi..
Sécurité
Il est essentiel que tout LPWAN intègre la sécurité. LoRaWAN a deux couches de sécurité: un pour le réseau et un pour l'application. La couche de sécurité réseau garantit que les nœuds du réseau sont légitimes, considérant que la couche de sécurité applicative garantit que l’opérateur de réseau n’a pas accès aux données applicatives de l’utilisateur final. L'échange de clés utilise le cryptage AES et une identification spécifiée. Chaque technologie a des compromis, mais les caractéristiques LoRa dans la conception du réseau, classes d'appareils, sécurité, évolutivité pour la capacité, et l'optimisation de la mobilité couvrent la plus large gamme d'applications IoT possibles.
LoRa reste un acteur puissant
Dans l'ensemble, Les radios LoRa ont des portées de communication plus larges que les radios IoT classiques tout en étant économes en énergie. En outre, ces radios ont des caractéristiques fascinantes, transmissions non intrusives, Par exemple. Comme déjà dit comme vu, Les radios LoRa peuvent être déployées dans un réseau plus large utilisant plusieurs configurations. Par conséquent, La solution de LoRa est un choix intéressant pour créer des applications IoT communes. Il offre une solution très compétitive avec de nombreux avantages et un avenir prometteur..
Minew lancera le portefeuille de produits de la technologie LoRaWAN
L'IoT continue de se développer et de devenir plus populaire. Mines, le principal concepteur et fabricant d'appareils intelligents IoT, se consacre à des possibilités plus créatives dans le nouveau domaine pour enrichir notre portefeuille de produits avec différents réseaux. Minew travaille actuellement sur des produits LoRa et Bluetooth en phase de développement. Les termes techniques doivent encore être confirmés et annoncés, cependant, il est très probable qu'il soit publié sous forme de carte ou autre. Vous pouvez vous attendre à une annonce de notre part. Avec LoRa et Bluetooth tous deux pris en charge, il combine le meilleur de deux mondes, offrant une possibilité jamais vue auparavant. La performance s’annonce prometteuse. Restez à l'écoute pour en savoir plus bientôt.
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