Resumo
LoRa é uma nova solução para rede sem fio de área ampla de baixo consumo de energia da Internet das Coisas. Chipsets LoRa conectam sensores à nuvem, permitindo dados em tempo real e conectividade analítica que pode ser usada para melhorar a eficiência e a produção. Os dispositivos LoRa oferecem aplicativos IoT inteligentes que abordam alguns dos problemas mais urgentes do nosso planeta, incluindo gestão de energia, conservação de recursos naturais, controle de poluição, e eficiência da infraestrutura. Por exemplo, os parques industriais ao ar livre precisam de conectividade em grande escala e enfrentarão os problemas de layout de cabos. Com uma das vantagens da tecnologia LoRaWAN, tem uma grande área de cobertura medida em quilômetros, o que reduz a densidade de cabos e implantação de dispositivos IoT. LoRaWAN infraestrutura é de custo altamente baixo em comparação com outras redes, e rádios de dispositivos finais também são de baixo custo. LoRaWan pode ser amplamente aplicado no monitoramento da poluição do ar, processamento agrícola, rastreamento de animais, detecção de incêndio, rastreamento de frota, segurança residencial, e monitoramento de temperatura industrial.
A especificação aberta LoRaWAN é um baixo consumo de energia, rede de área ampla (LPWAN) padrão baseado em dispositivos LoRa da Semtech que aproveita ondas de rádio não licenciadas no setor industrial, Científico, e Médico (ISM) banda. A Aliança LoRa®, uma organização sem fins lucrativos e uma aliança tecnológica em rápido desenvolvimento, é responsável pela padronização e harmonização global do padrão LoRaWAN. Os padrões LoRaWAN fornecem uma solução eficiente, flexível, e econômica para problemas do mundo real em casos de uso rural e interno onde celular, Wi-fi, e Bluetooth de baixa energia (BLE) redes não estão de acordo com o padrão. Os dispositivos LoRa e o padrão LoRaWAN permitem uma ampla gama de aplicações em diversas áreas críticas, incluindo agricultura inteligente, edifícios, cidades, o meio ambiente, assistência médica, habitação, controle industrial, cadeia de mantimentos, e logística, utilitários, segurança pública e outros.
O que é LPWAN e sua velocidade?
LoRa™ é uma tecnologia de modulação de radiofrequência para LPWAN, mas antes de discutirmos o que é LoRa, precisamos conversar sobre LPWAN. LPWAN (Rede de área ampla de baixo consumo de energia), também conhecido como LPWA (Área ampla de baixo consumo de energia), ou LPN (Rede de baixo consumo de energia, rede de baixo consumo), é uma rede IoT sem fio de sensor alimentada por bateria que pode se comunicar por longas distâncias com baixas taxas de bits. Requisitos de baixa energia, taxas de bits baixas, e o tempo de uso podem ser usados para diferenciar LPWANs de WANs sem fio, que são projetados para conectar empresas ou usuários, e transferir mais dados, mas também consumir mais energia. A taxa de transmissão de cada canal do LPWAN é relativamente lenta, mais lento que Zigbee e NB-IoT, está entre 0.3 kbit/s e 50 kbit/s. LPWAN pode ser usado para construir uma rede privada de sensores sem fio, mas também pode ser um serviço ou infraestrutura fornecida por terceiros, que permite aos proprietários de sensores implantar sensores diretamente sem ter que investir na construção de dispositivos de gateway.
O que é LoRa?
LoRa é um protocolo LPWAN desenvolvido pela Semtech, fornecendo comunicações de longo alcance: até 3 milhas (5 quilômetros) em áreas urbanas e 10 milhas (15 quilômetros) ou mais em áreas rurais (linha de visão). Outros protocolos LPWAN incluem Sigfox e Weightless. LoRa é baseado na tecnologia de modulação de espectro espalhado derivada do espectro espalhado chirp (CSS) tecnologia. Foi originalmente desenvolvido pela Cycleo em Grenoble, França, e posteriormente foi adquirido pela Semtech, membro fundador da LoRa Alliance. Em comparação com outras redes IoT, LoRa tem cinco características, longo alcance, baixas taxas de dados, bateria de longa duração, baixo custo, e alta capacidade. Um recurso importante das soluções baseadas em LoRa é o requisito de energia ultrabaixo, que permite a criação de dispositivos alimentados por bateria que podem durar até 10 anos. As redes baseadas no protocolo aberto LoRa são implantadas em uma topologia em estrela e são ideais para aplicações que exigem comunicação interna profunda ou de longo alcance entre muitos dispositivos de baixo consumo de energia e dispositivos que coletam pequenas quantidades de dados..
A vantagem da LoRa inclui, mas não está limitada a, longo alcance, cobertura interna profunda, design de topologia em estrela fácil de escalar, bateria de longa duração, alta capacidade, baixo custo, posicionamento interno e externo preciso, e segurança criptografada.
Diferenças entre três
LPWAN
LPWAN é uma tecnologia de rede de longa distância sem fio que conecta dispositivos de baixa largura de banda, dispositivos IoT alimentados por bateria com baixas taxas de bits em longas distâncias. Existem várias possibilidades para construir uma rede LPWAN, mas as tecnologias LoRaWAN e NB-IoT exibiram o crescimento mais rápido e terão a maior participação de mercado de LPWA nos próximos anos.
LoRaWAN
LoRaWAN especifica o protocolo de comunicação da rede e a arquitetura do sistema, enquanto a camada física LoRa permite links de comunicação de longa distância. O protocolo e a arquitetura de rede têm o maior impacto na vida útil da bateria, capacidade de rede, qualidade do serviço, segurança, e a gama de aplicações fornecidas pela rede.
LoRa
LoRa é uma técnica de transmissão de sinal de rádio que usa chilreado, dados multissímbolos para comunicar informações. Em essência, eles são chips de rádio de banda ISM comuns que podem converter frequência de rádio em bits usando LoRa (ou outros tipos de modulação como FSK) sem a necessidade de codificação. A tecnologia LoRa é uma tecnologia de camada física de nível inferior usada em uma variedade de aplicações além das comunicações de área ampla..
Arquitetura de rede LoRaWAN
LoRaWAN define o protocolo de comunicação e arquitetura do sistema. A camada física LoRa suporta links de comunicação de longo alcance. Par de protocolo e arquitetura de rede para determinar a vida útil da bateria do nó, capacidade de rede, qualidade de serviço, segurança, bem como vários aplicativos de serviços da web.
O método de modulação de espectro espalhado LoRaWAN é uma variante do espectro espalhado chirp. A camada física LoRaWAN pode ser usada em conjunto com qualquer camada MAC; no entanto, LoRa é o MAC atualmente sugerido que opera uma rede em uma topologia em estrela simples.. Windows em horários predeterminados, gateway e beacons são usados para sincronizar o horário dos dispositivos finais. Dispositivos finais com slots máximos de recepção: Porque esses nós estão constantemente ouvindo, eles são inadequados para operação alimentada por bateria. Em alguns casos, redes em estrela com um dispositivo de gateway alimentado e poderoso são uma opção.
Uma arquitetura de rede mesh é usada em muitas redes existentes. Nós finais individuais em uma rede mesh transmitem informações de outros nós para estender o alcance de comunicação da rede e o tamanho da célula. Embora isso melhore o alcance, também adiciona complexidade, limita a capacidade da rede, e reduz a vida útil da bateria porque os nós recebem e encaminham dados de outros nós que provavelmente não estão relacionados a eles. Quando a conectividade de longo alcance é possível, o design em estrela de longo alcance faz mais sentido para manter a vida útil da bateria.
Os nós em uma rede LoRaWAN não estão vinculados a um único gateway. Em vez de, os dados enviados por um nó geralmente são recebidos através de vários gateways. Através de algum backhaul, cada gateway encaminhará o pacote recebido do nó final para o servidor de rede baseado em nuvem (ou celular, Ethernet, satélite, ou Wi-Fi).
O servidor de rede recebe a inteligência e a complexidade e mantém a rede, filtragem de pacotes recebidos redundantes, fazendo verificações de segurança, agendando reconhecimentos através do melhor gateway, e realizando taxa de dados adaptativa, entre outras coisas. Não há necessidade de transferência de gateway para gateway se um nó for móvel ou em movimento, que é uma característica vital para aplicações de monitoramento de ativos – uma área de aplicação alvo significativa para IoT.
Eficiência da bateria e consumo de energia
A duração da bateria parece muito promissora em uma rede LoRaWAN. Seus nós são assíncronos, comunicando-se apenas quando têm dados para transmitir, seja orientado por evento ou planejado. A técnica Aloha é o nome dado a este tipo de comunicação. Os nós em uma rede mesh ou em uma rede síncrona como a celular devem frequentemente “acordar”’ para sincronizar com a rede e verificar mensagens. Essa sincronização consome muita energia e é a principal causa da diminuição da vida útil da bateria. Em uma recente pesquisa e comparação da GSMA entre as diferentes tecnologias abordadas no mercado LPWAN, LoRaWAN superou todas as outras alternativas de tecnologia em 3 para 5 vezes.
Capacidade de rede
A capacidade da rede pode ser muito escalável e flexível em uma rede LoRaWAN. O gateway deve ser capaz de aceitar mensagens de um grande número de nós para que uma rede em estrela de longo alcance seja viável.. Em uma rede LoRaWAN, alta capacidade de rede é obtida usando taxas de dados adaptativas e um transceptor multimodem multicanal no gateway, que permite mensagens simultâneas em vários canais. O número de canais simultâneos, taxa de dados (tempo no ar), comprimento da carga útil, e a frequência com que os nós transmitem incluem todos os elementos importantes que influenciam a capacidade. Porque LoRa® é uma modulação de espectro espalhado, quando diferentes fatores de espalhamento são usados, os sinais são quase ortogonais entre si. A taxa de dados efetiva varia de acordo com o fator de propagação. O gateway utiliza essa característica ao ser capaz de receber simultaneamente diversas velocidades de dados no mesmo canal. Não há necessidade de um nó com um bom link e proximidade de um gateway para utilizar constantemente a menor taxa de dados e utilizar o espectro disponível por mais tempo do que o necessário.. Aumentando a taxa de dados, o tempo gasto no ar é reduzido, permitindo mais espaço potencial para outros nós transmitirem. A taxa de dados adaptável também prolonga a vida útil da bateria de um nó. Um uplink e um downlink simétricos com capacidade de downlink apropriada são necessários para que a taxa de dados adaptativa funcione. Essas propriedades permitem que uma rede LoRaWAN tenha um alto rendimento, ao mesmo tempo que a torna escalável. Uma rede pode ser configurada com muito pouco equipamento, e se for necessária capacidade, mais gateways podem ser adicionados, aumentando as taxas de dados, minimizando a audição para outros gateways, e aumentando a capacidade em 6-8x. Devido a compensações técnicas que limitam a largura de banda do downlink ou tornam o alcance do downlink desigual ao alcance do uplink, outras opções LPWAN não possuem a escalabilidade de LoRaWAN.
Classes de nós
Os dispositivos finais são usados para diversos fins e têm necessidades variadas. LoRa usa diversas classes de dispositivos para otimizar uma variedade de características de aplicação final. As classes de dispositivos fazem uma compensação entre a latência da comunicação do downlink da rede e a duração da bateria. O atraso de comunicação do downlink é crítico em aplicações de controle ou tipo atuador.
Dispositivos finais bidirecionais (Classe A): Dispositivos finais Classe A fornecem comunicações bidirecionais, com a transmissão de cada dispositivo end-uplink seguida por duas transmissões downlink. As janelas de recebimento de downlinks são breves. O slot de transmissão programado do dispositivo final é baseado em seus próprios requisitos de comunicação, com uma pequena variação dependendo de uma seleção aleatória com base no tempo (Protocolo tipo ALOHA). Este procedimento Classe A usa a menor quantidade de eletricidade. sistema de dispositivo final para aplicações que requerem apenas comunicação de downlink imediatamente após o dispositivo final ter feito uma transmissão de uplink para o servidor Downlink. Qualquer outro momento, mensagens do servidor terão que esperar até o próximo uplink planejado.
Dispositivos finais bidirecionais com slots de recebimento planejados (Classe B): Além das janelas de recebimento aleatório da Classe A, Dispositivos Classe B abrem janelas de recepção adicionais em períodos predeterminados. O dispositivo final recebe um sinal sincronizado no tempo do gateway para abrir sua janela de recepção no horário prescrito. Isso informa ao servidor quando o dispositivo final está escutando.
Dispositivos finais com slots máximos de recepção em ambas as direções (Classe C): Os dispositivos finais Classe C apresentam janelas de recepção abertas praticamente continuamente que só são fechadas durante o envio.
Segurança
É fundamental para qualquer LPWAN integrar segurança. LoRaWAN tem duas camadas de segurança: um para a rede e outro para o aplicativo. A camada de segurança da rede garante que os nós da rede sejam legítimos, Considerando que a camada de segurança da aplicação garante que o operador da rede não tenha acesso aos dados da aplicação do utilizador final. A troca de chaves emprega criptografia AES e uma identificação específica. Toda tecnologia tem compensações, mas as características LoRa no projeto de rede, classes de dispositivos, segurança, escalabilidade para capacidade, e a otimização da mobilidade cobrem a mais ampla gama de aplicações IoT possíveis.
LoRa continua sendo um jogador poderoso
Geral, Os rádios LoRa têm alcances de comunicação maiores do que os rádios IoT típicos e são energeticamente eficientes. Além disso, esses rádios têm características fascinantes, transmissões não intrusivas, por exemplo. Como já foi dito como visto, Os rádios LoRa podem ser implantados em uma rede mais ampla que usa vários layouts. Como resultado, A solução da LoRa é uma escolha intrigante para a construção de aplicativos IoT comuns. Oferece uma solução muito competitiva e com muitas vantagens que abrem um futuro promissor.
Minew lançará o portfólio de produtos da tecnologia LoRaWAN
A IoT continua a se expandir e se tornar mais popular. Minas, o principal designer e fabricante de dispositivos inteligentes IoT, dedica-se a possibilidades mais criativas na nova área para enriquecer o nosso portfólio de produtos com diferentes redes. Minew está atualmente trabalhando em produtos LoRa e Bluetooth que estão em fase de desenvolvimento. Os termos técnicos ainda não foram confirmados e anunciados, no entanto, é mais provável que seja lançado em formulários de cartão ou outros. Você pode esperar um anúncio nosso. Com LoRa e Bluetooth suportados, combina o melhor de dois mundos, proporcionando uma possibilidade nunca antes vista. Espera-se que o desempenho seja promissor. Fique ligado para mais em breve.
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