Cose che devi sapere su LoRa – Cose che vedrai da noi

Astratto

LoRa è una nuova soluzione per la rete wireless ad ampia area a basso consumo di Internet of Things. I chipset LoRa collegano i sensori al Cloud, consentendo la connettività di dati e analisi in tempo reale che può essere utilizzata per migliorare l'efficienza e la produzione. I dispositivi LoRa offrono applicazioni IoT intelligenti che risolvono alcuni dei problemi più urgenti del nostro pianeta, compresa la gestione energetica, conservazione delle risorse naturali, controllo dell'inquinamento, ed efficienza delle infrastrutture. Per esempio, i parchi industriali all’aperto necessitano di connettività su larga scala e dovranno affrontare i problemi della disposizione dei cavi. Con uno dei vantaggi della tecnologia LoRaWAN, ha un'ampia area di copertura misurata in chilometri, che riduce la densità dei cavi e l’implementazione dei dispositivi IoT. LoRaWAN l'infrastruttura è estremamente a basso costo rispetto ad altre reti, e anche le radio dei dispositivi finali sono a basso costo. LoRaWan può essere ampiamente applicato nel monitoraggio dell'inquinamento atmosferico, trasformazione agricola, tracciamento degli animali, rilevazione incendi, monitoraggio della flotta, sicurezza domestica, e monitoraggio della temperatura industriale.

La specifica aperta LoRaWAN è a basso consumo, rete ad ampia area (LPWAN) standard basato sui dispositivi LoRa di Semtech che sfrutta le onde radio senza licenza nel settore industriale, Scientifico, e medico (ISM) gruppo musicale. La LoRa Alliance®, un'organizzazione senza scopo di lucro e un'alleanza tecnologica in rapido sviluppo, è responsabile della standardizzazione e dell’armonizzazione globale dello standard LoRaWAN. Gli standard LoRaWAN forniscono un servizio efficiente, flessibile, e una soluzione economicamente vantaggiosa ai problemi del mondo reale nei casi d'uso rurali e interni in cui cellulare, Wifi, E Bluetooth a basso consumo energetico (BLE) le reti non sono all'altezza. I dispositivi LoRa e lo standard LoRaWAN consentono un'ampia gamma di applicazioni in una varietà di aree critiche, compresa l’agricoltura intelligente, edifici, città, l'ambiente, assistenza sanitaria, alloggiamento, controllo industriale, catena di fornitura, e logistica, utilità, pubblica sicurezza e altri.

Cos'è LPWAN e la sua velocità?

LoRa™ è una tecnologia di modulazione della radiofrequenza per LPWAN, ma prima di discutere cos'è LoRa, dobbiamo parlare di LPWAN. LPWAN (Rete geografica a basso consumo), noto anche come LPWA (Area ampia a basso consumo), o LPN (Rete a basso consumo, rete a basso consumo), è una rete wireless IoT con sensori alimentati a batteria in grado di comunicare su lunghe distanze con bit rate bassi. Requisiti di bassa potenza, velocità in bit basse, e la tempistica di utilizzo può essere utilizzata per differenziare le LPWAN dalle WAN wireless, progettati per connettere aziende o utenti, e trasferiscono più dati ma consumano anche più energia. La velocità di trasmissione di ciascun canale di LPWAN è relativamente lenta, più lento di Zigbee e NB-IoT, è tra 0.3 kbit/s e 50 kbit/s. LPWAN può essere utilizzato per costruire una rete di sensori wireless privata, ma può anche trattarsi di un servizio o di un'infrastruttura fornita da terzi, che consente ai proprietari dei sensori di implementare direttamente i sensori senza dover investire nella costruzione di dispositivi gateway.

Cos'è LoRa?

LoRa è un protocollo LPWAN sviluppato da Semtech, fornire comunicazioni a lungo raggio: fino a 3 miglia (5 chilometri) nelle aree urbane e 10 miglia (15 chilometri) o più nelle zone rurali (linea di vista). Altri protocolli LPWAN includono Sigfox e Weightless. LoRa si basa sulla tecnologia di modulazione dello spettro diffuso derivata dallo spettro diffuso del chirp (CSS) tecnologia. È stato originariamente sviluppato da Cycleo a Grenoble, Francia, e successivamente è stata acquisita da Semtech, un membro fondatore della LoRa Alliance. Rispetto ad altre reti IoT, LoRa ha cinque caratteristiche, lungo raggio, velocità dati basse, lunga durata della batteria, basso costo, ed elevata capacità. Una caratteristica chiave delle soluzioni basate su LoRa è il consumo energetico estremamente basso, che permette la realizzazione di dispositivi alimentati a batteria che possono durare fino a 10 anni. Le reti basate sul protocollo aperto LoRa sono implementate in una topologia a stella e sono ideali per applicazioni che richiedono comunicazioni interne a lungo raggio o profonde tra molti dispositivi a basso consumo e dispositivi che raccolgono piccole quantità di dati.

Il vantaggio di LoRa include ma non è limitato al lungo raggio, copertura interna profonda, progettazione della topologia a stella di facile scalabilità, lunga durata della batteria, alta capacità, basso costo, posizionamento accurato sia all'interno che all'esterno, e sicurezza crittografata.

Differenze tra tre

LPWAN

LPWAN è una tecnologia di rete wireless ad ampia area che collega una larghezza di banda ridotta, dispositivi IoT alimentati a batteria con bit rate bassi su lunghe distanze. Esistono diverse possibilità per costruire una rete LPWAN, ma le tecnologie LoRaWAN e NB-IoT hanno mostrato la crescita più rapida e avranno la quota di mercato LPWA più elevata nei prossimi anni.

LoRaWAN

LoRaWAN specifica il protocollo di comunicazione della rete e l'architettura del sistema, mentre il livello fisico LoRa consente collegamenti di comunicazione a lunga distanza. Il protocollo e l'architettura di rete hanno il maggiore impatto sulla durata della batteria, capacità della rete, qualità del servizio, sicurezza, e la gamma di applicazioni fornite dalla rete.

LoRa

LoRa è una tecnica di trasmissione del segnale radio che utilizza il cinguettio, dati multi-simbolo per comunicare informazioni. In sostanza, sono normali chip radio in banda ISM in grado di convertire la radiofrequenza in bit utilizzando LoRa (o altri tipi di modulazione come FSK) senza la necessità di codifica. La tecnologia LoRa è una tecnologia di livello fisico di livello inferiore utilizzata in una varietà di applicazioni diverse dalle comunicazioni su vasta area.

Architettura di rete LoRaWAN

LoRaWAN definisce il protocollo di comunicazione e l'architettura del sistema. Il livello fisico LoRa supporta collegamenti di comunicazione a lungo raggio. Coppia di protocollo e architettura di rete per determinare la durata della batteria del nodo, capacità della rete, qualità del servizio, sicurezza, così come varie applicazioni di servizi web.

Il metodo di modulazione dello spettro di diffusione LoRaWAN è una variante dello spettro di diffusione del chirp. Il livello fisico LoRaWAN può essere utilizzato insieme a qualsiasi livello MAC; Tuttavia, LoRa è il MAC attualmente suggerito che gestisce una rete con una semplice topologia a stella. Windows a orari predeterminati Gateway e beacon vengono utilizzati per sincronizzare l'ora dei dispositivi finali. Dispositivi terminali con il numero massimo di slot di ricezione: Perché questi nodi sono costantemente in ascolto, non sono adatti al funzionamento a batteria. In alcuni casi, le reti a stella con un dispositivo gateway alimentato e potente sono un'opzione.

Un'architettura di rete a maglie viene utilizzata in molte reti esistenti. I singoli nodi finali in una rete mesh trasmettono informazioni da altri nodi per estendere il raggio di comunicazione della rete e le dimensioni delle celle. Mentre questo migliora la portata, aggiunge anche complessità, limita la capacità della rete, e riduce la durata della batteria perché i nodi ricevono e inoltrano dati da altri nodi che probabilmente non sono correlati a loro. Quando è possibile la connettività a lungo raggio, il design a stella a lungo raggio è più sensato per mantenere la durata della batteria.

I nodi in una rete LoRaWAN non sono collegati a un singolo gateway. Invece, i dati inviati da un nodo vengono solitamente ricevuti attraverso una serie di gateway. Attraverso qualche backhaul, ciascun gateway inoltrerà il pacchetto ricevuto dal nodo finale al server di rete basato su cloud (o cellulare, Ethernet, satellitare, o Wi-Fi).

Il server di rete riceve l'intelligenza e la complessità e mantiene la rete, filtraggio dei pacchetti ricevuti ridondanti, facendo controlli di sicurezza, pianificazione dei riconoscimenti attraverso il miglior gateway, e l'esecuzione di una velocità dati adattiva, tra le altre cose. Non è richiesto il passaggio da gateway a gateway se un nodo è mobile o in movimento, che è una caratteristica vitale per le applicazioni di monitoraggio delle risorse, un'importante area di applicazione target per l'IoT.

Efficienza della batteria e consumo energetico

La durata della batteria sembra molto promettente su una rete LoRaWAN. I suoi nodi sono asincroni, comunicano solo quando hanno dati da trasmettere, siano essi guidati da eventi o pianificati. La tecnica Aloha è il nome dato a questo tipo di comunicazione. I nodi in una rete mesh o in una rete sincrona come quella cellulare devono spesso “risvegliarsi”.’ per sincronizzarsi con la rete e verificare la presenza di messaggi. Questa sincronizzazione consuma molta energia ed è la principale causa di riduzione della durata della batteria. In una recente ricerca GSMA e confronto tra le diverse tecnologie rivolte al mercato LPWAN, LoRaWAN ha sovraperformato tutte le altre alternative tecnologiche 3 A 5 volte.

Capacità di rete

La capacità della rete può essere molto scalabile e flessibile su una rete LoRaWAN. Il gateway deve essere in grado di accettare messaggi da un gran numero di nodi affinché sia ​​realizzabile una rete a stella a lungo raggio. In una rete LoRaWAN, l'elevata capacità della rete è ottenuta utilizzando velocità dati adattive e un ricetrasmettitore multimodem multicanale nel gateway, che consente la messaggistica simultanea su molti canali. Il numero di canali simultanei, velocità dei dati (tempo in onda), lunghezza del carico utile, e la frequenza con cui i nodi trasmettono includono tutti gli elementi importanti che influenzano la capacità. Perché LoRa® è una modulazione a spettro esteso, quando vengono utilizzati diversi fattori di diffusione, i segnali sono quasi ortogonali tra loro. La velocità dati effettiva varia in base al fattore di diffusione. Il gateway utilizza questa caratteristica essendo in grado di ricevere simultaneamente numerose velocità di dati sullo stesso canale. Non è necessario che un nodo con un buon collegamento e vicino a un gateway utilizzi costantemente la velocità dati più bassa e utilizzi lo spettro disponibile più a lungo del necessario. Aumentando la velocità dei dati, il tempo trascorso in onda è ridotto, consentendo più spazio potenziale per la trasmissione di altri nodi. La velocità dati adattiva prolunga anche la durata della batteria di un nodo. Per il funzionamento della velocità di dati adattiva sono necessari un uplink e un downlink simmetrici con un'adeguata capacità di downlink. Queste proprietà consentono a una rete LoRaWAN di avere un throughput elevato rendendola allo stesso tempo scalabile. Una rete può essere creata con pochissima attrezzatura, e se è necessaria capacità, è possibile aggiungere più gateway, spingendo la velocità dei dati più in alto, riducendo al minimo l'ascolto accidentale verso altri gateway, e aumentare la capacità di 6-8 volte. A causa di compromessi tecnici che limitano la larghezza di banda del downlink o rendono l'intervallo del downlink diverso da quello dell'uplink, altre opzioni LPWAN non hanno la scalabilità di LoRaWAN.

Classi di nodi

I dispositivi finali vengono utilizzati per una varietà di scopi e hanno esigenze diverse. LoRa utilizza diverse classi di dispositivi per ottimizzare una gamma di caratteristiche dell'applicazione finale. Le classi di dispositivi costituiscono un compromesso tra la latenza della comunicazione downlink della rete e la durata della batteria. Il ritardo della comunicazione downlink è fondamentale nelle applicazioni di controllo o di tipo attuatore.

Dispositivi terminali bidirezionali (Classe A): I dispositivi finali di Classe A forniscono comunicazioni bidirezionali, con la trasmissione di ciascun dispositivo end-uplink seguita da due trasmissioni downlink. Le finestre di ricezione dei downlink sono brevi. Lo slot di trasmissione pianificato dal dispositivo finale si basa sui propri requisiti di comunicazione, con una piccola variazione a seconda di una base temporale di selezione casuale (Protocollo di tipo ALOHA). Questa procedura di Classe A utilizza la minima quantità di elettricità. sistema del dispositivo finale per applicazioni che richiedono solo la comunicazione downlink immediatamente dopo che il dispositivo finale ha effettuato una trasmissione uplink al server Downlink. In qualsiasi altro momento, i messaggi dal server dovranno attendere fino al successivo uplink pianificato.

Dispositivi terminali bidirezionali con slot di ricezione pianificati (Classe B): Oltre alle finestre di ricezione casuali della Classe A, I dispositivi di Classe B aprono finestre di ricezione aggiuntive a periodi predeterminati. Il dispositivo finale riceve un segnale sincronizzato dal gateway per aprire la sua finestra di ricezione all'ora prescritta. Ciò informa il server quando il dispositivo finale è in ascolto.

Dispositivi finali con il massimo degli slot di ricezione in entrambe le direzioni (Classe C): I dispositivi finali di classe C dispongono di finestre di ricezione praticamente sempre aperte che vengono chiuse solo durante l'invio.

Sicurezza

È fondamentale per qualsiasi LPWAN integrare la sicurezza. LoRaWAN ha due livelli di sicurezza: uno per la rete e uno per l'applicazione. Il livello di sicurezza della rete garantisce che i nodi della rete siano legittimi, mentre il livello di sicurezza dell’applicazione garantisce che l’operatore di rete non abbia accesso ai dati dell’applicazione dell’utente finale. Lo scambio di chiavi utilizza la crittografia AES e un'identificazione specifica. Ogni tecnologia ha dei compromessi, ma le caratteristiche LoRa nella progettazione della rete, classi di dispositivi, sicurezza, scalabilità per capacità, e l’ottimizzazione della mobilità coprono la più ampia gamma di possibili applicazioni IoT.

LoRa rimane un giocatore potente

Complessivamente, Le radio LoRa hanno portate di comunicazione più ampie rispetto alle tipiche radio IoT pur essendo efficienti dal punto di vista energetico. Inoltre, queste radio hanno caratteristiche affascinanti, trasmissioni non invasive, Per esempio. Come già detto come visto, Le radio LoRa possono essere implementate in una rete più ampia che utilizza diversi layout. Di conseguenza, La soluzione di LoRa è una scelta interessante per la costruzione di app IoT comuni. Offre una soluzione molto competitiva con molti vantaggi che aprono un futuro promettente.

Minew lancerà il portafoglio di prodotti della tecnologia LoRaWAN

L’IoT continua ad espandersi e a diventare sempre più popolare. Miniere, il principale progettista e produttore di dispositivi intelligenti IoT, si dedica a possibilità più creative nella nuova area per arricchire il nostro portafoglio prodotti con diverse reti. Minew sta attualmente lavorando su prodotti LoRa e Bluetooth che sono in fase di sviluppo. I termini tecnici devono ancora essere confermati e annunciati, Tuttavia, è molto probabile che venga rilasciato sotto forma di carta o altro. Puoi aspettarti un annuncio da parte nostra. Con LoRa e Bluetooth entrambi supportati, combina insieme il meglio di due mondi, offrendo una possibilità mai vista prima. Si prevede che le prestazioni siano promettenti. Restate sintonizzati per ulteriori informazioni in arrivo.