BY TEKTELIC

物聯網 (IoT) 描述了世界各地連接到互聯網并測量、監控和提供豐富數據的數百萬臺設備的網絡。今天的物聯網由許多松散連接的網絡組成,每個網絡都解決了自己的問題。例如,在辦公樓中,可以同時部署多個基于 LoRaWAN 的 IoT 解決方案:一個用于控制空調,另一個用于供暖系統、照明、安全和其他 IoT 應用程序。

這些物聯網網絡可以根據不同的標準運行,將它們組合成一個網絡并非易事。低功耗廣域網 (LPWAN) 技術能夠支持大量物聯網用例。雖然存在多種 LPWAN 技術,但遠程(LoRa 技術)及其網絡架構 LoRaWAN 是目前采用最多的技術。 LoRa 提供了一系列物理層通信設置,例如帶寬、擴頻因子、編碼率和傳輸頻率。這些設置會影響吞吐量、可靠性和通信范圍。

LoRaWAN——最常見的應用程序和用例

LoRa 和 LoRaWAN? 網絡有什么區別?

LPWAN(低功耗廣域網)是一種無線廣域網技術,可在遠距離內以低比特率互連低帶寬、電池供電的物聯網設備。構建 LPWAN 網絡有多種選擇,但 LoRaWAN 和 NB-IoT 技術顯示出最大的動力,并將在未來幾年獲得最大的 LPWA 市場份額。

LoRaWAN 定義了網絡的通信協議和系統架構,而 LoRa 物理層則支持遠程通信鏈路。協議和網絡架構對電池壽命、網絡容量、服務質量、安全性以及網絡服務的應用程序的多樣性影響最大。

LoRa 是一種無線電信號傳輸協議,它采用啁啾的多符號格式來傳輸數據。本質上,這些芯片是傳統的 ISM 頻段無線電芯片,可以使用 LoRa(或其他調制類型,如 FSK)將無線電頻率轉換為比特,而無需編寫代碼。在廣域通信之外,LoRa 技術是一種在各種應用中采用的較低級別的物理層技術。

LoRaWAN 協議基于 LoRa 無線電調制方式,是一種低功耗廣域網協議。它管理終端節點物聯網設備和網絡網關之間的通信,并通過無線連接將設備連接到互聯網。 LoRaWAN 是一種點對多點網絡協議。這不僅僅是關于無線電波;這是關于它們如何與 LoRaWAN 網關交互以提供加密和識別等功能。

LoRaWAN 是如何工作的?


在最基本的層面上,像 LoRaWAN 這樣的無線電技術很簡單。 LoRaWAN 網絡的最佳比喻是蜂窩網絡?;?LoRa 的設備有一個與網關連接的模塊,網關是本地中心位置??紤]一下您的手機如何通過手機信號塔發送和接收數據。網關充當設備和服務器之間的管道。網絡服務器使用互聯網與網關進行通信,并指示它與物聯網設備進行交互。換句話說,網絡服務器負責刪除重復的數據包,確認數據的完整性,并執行安全檢查。此外,星型架構中的節點不需要一直監聽來自其他節點的消息。因此,他們可能大部分時間都在“睡覺”,從而降低了他們的能源使用量。

LoRaWAN 網絡的優勢


以下是這個新時代開發物聯網技術的一些優勢,具有多種優勢:

遠距離和覆蓋范圍:它的距離在 LOS 內可達 15 公里,是任何其他通信協議無法比擬的。

低功耗:LoRa 技術提供超低功耗無線電,非常適合需要一次充電使用十年或更長時間的設備。

低成本硬件:與其他網絡相比,LoRaWAN 基礎設施的成本非常低,終端設備的無線電成本也很低。此外,正在創建各種開源版本的基礎設施,例如網關,進一步降低了開支。

高容量:單個 LoRa 網關可能連接數千個端點物聯網設備。

LoRaWAN類別


A類

A 類是一個簡單的 ALOHA 系統,因為它完全是異步的;這意味著終端節點不必等待特定時間與網關通信。相反,他們會在需要時進行廣播,然后在下次需要時停止活動。如果你有一個八通道系統,你可以用一條消息填充每個時間段,這樣它就可以完美同步。

B類

消息可以使用 B 類向下傳輸到電池供電的節點。每 128 秒,網關發送一個信標。因為所有 LoRaWAN 基站都是單個每秒脈沖時鐘的從屬,它們都同時發出信標消息 (1PPS);這意味著在每一秒的開始。軌道上的每顆 GPS 衛星都會傳遞一條信息,讓世界各地的時間同步。

C類

C類允許節點在任何時候連續監聽和發送下行消息。因為它需要大量的能量來保持節點完全清醒并始終操作接收器,所以這通常用于交流供電的應用。

LoRaWAN 最常見的應用是什么?


LoRaWAN 網絡兼容廣泛的物聯網應用,并已成功用于以下用例:

智慧城市

智慧城市需要實時了解城市生活的各個方面。為了實現這一目標,智慧城市通常利用廣域無線網絡來實現由不同的數據生成物聯網設備、傳感器和智能儀表組成的龐大網絡之間的連接。 LoRaWAN無線技術是智慧城市范圍內應用的最佳物聯網解決方案。使用物聯網技術和各種智能設備對綜合實時數據進行可視化和分析,城市可以通過優化資產利用率和城市資源分配來動態響應。城市可以將物聯網集成到他們的基礎設施中,以自動化任務、監控和管理設備,并執行預測性維護以降低運營成本。世界各地的城市都可以通過整合城市服務來優化公用事業和員工的使用,例如:

  1.  街道照明
  2.  智能停車
  3.  廢物管理
  4.  水位和洪水管理
  5.  智能公共交通
  6.  空氣質量控制
  7.  街道清潔
  8.  物流/運輸管理

得益于基于 LoRaWAN 的物聯網解決方案,供應鏈和物流公司成功地追蹤了高價值資產,包括運輸途中的資產。由于該技術具有出色的覆蓋范圍、低功耗和無 GPS 定位,因此可以在廣闊的地理區域和惡劣的環境中方便地跟蹤車輛、貨物和其他支持。使用 LoRaWAN 連接的車隊監控物聯網解決方案可以通過允許車隊在路上停留更長時間、提高燃油經濟性、提高安全性、提供對維護問題的可見性以及提高整體運營效率來節省資金。

智能建筑

在基礎設施和維護支出最少的情況下,房主和物業/設施經理可以通過部署基于 LoRa 的智能物聯網建筑解決方案來提高效率并最大限度地減少支出:

  1.  溫濕度監測
  2.  房間入住率
  3.  運動檢測
  4.  智能水表
  5.  火災、洪水、CO/CO2 水平監測

智慧醫療

低功耗、低成本和一致的性能使 LoRaWAN 網絡成為基本智能醫療保健應用的理想選擇?;?LoRaWAN 的物聯網解決方案可以持續監控高風險患者或系統,確保健康和醫療安全永遠不會受到影響。

基于 LoRaWAN 的物聯網解決方案可設計用于持續可靠地監控醫院患者、老年護理人員、高水平運動員或其他任何需要實時、始終了解其呼吸健康狀況的人的最重要生命體征。 IoT LoRaWAN 智能健康解決方案可以幫助:

  1.  醫院病人
  2.  老年人護理居民
  3.  高水平運動員

公共安全

對全方位安全和安保解決方案的需求正在增加?;谖锫摼W網絡的公共安全解決方案為急救人員提供了尖端技術,可以減少危險并提高個人安全。個人可穿戴物聯網小工具(例如 ID 徽章)配備了 LoRaWAN 技術,包括一個緊急按鈕,可發送帶有用戶位置信息的即時 SOS。

空間利用

企業員工的流動性越來越強,并迅速采用了“隨時隨地”的工作理念。由于員工和客人的流動不可預測,辦公空間可能會長期閑置或超額預訂。對于公司而言,正確使用和安排可用空間已成為后勤方面的難題。

智能環境

通過在一個區域內部署配備 LoRaWAN 網絡的設備和網關網絡,可以實時記錄和發布環境指標以進行數據分析。他們在成為災難之前發現問題?;?LoRaWAN 的環境物聯網解決方案有助于保護人們免受環境威脅,從空氣質量監測到輻射泄漏檢測。

智慧農業

將基于 LoRaWAN 的物聯網解決方案用于智能農業實踐的概念正在流行起來,因為農民現在可以輕松地對其作物、牲畜、設備、基礎設施、環境以及他們需要持續監控的所有其他組件進行可視化、分析和做出更明智的決策并管理以提高產量和提高效率。物聯網農業傳感器尺寸緊湊,可以確定許多參數,從而了解環境方面??梢圆渴鹞锫摼W傳感器來收集有關陽光照射的數據,這些數據可用于做出更好的作物種植決策,并幫助確定太陽能整合是否是農場的可行選擇。

LoRaWAN 網絡架構


LoRaWAN 網絡中的終端設備不是讓每個終端設備幾乎始終處于開啟狀態,而是直接與網關交互,并且僅在需要與網關通信時才“開啟”,因為內容不是問題。 LoRa 無線電具有一些特性,使其能夠獲得足夠的遠程功率和低成本。其中一些特征包括:

調制技術

LoRa 無線電采用頻譜調制技術來顯著增加通信范圍,同時保持與 FSK 調制物理層無線電相媲美的低功率特性。雖然在軍事和空間通信中廣泛使用了相當長一段時間,但 LoRa 是該方法的第一個低成本商業實施。

頻率

雖然 LoRa 技術與頻率無關,但 LoRa 無線電通過未經許可的 sub-GHz 無線電頻段進行通信,這些頻段在全球范圍內可廣泛使用。這些頻率因地區而異,在許多情況下,因國家而異。

自適應數據速率

LoRa 采用可變帶寬和擴頻因子 (SF7-SF12) 的組合來改變數據速率,這是與傳輸范圍的權衡。更高的擴頻因子以更低的數據速率提供更大的覆蓋范圍,反之亦然。帶寬和擴頻因子組合是根據網絡條件和發送的數據量來設置的。

自適應功率電平

LoRa 無線電具有可適應的功率水平。數據速率和網絡質量等因素會影響 LoRa 無線電等。當需要快速傳輸時,傳輸功率會增加,反之亦然。因此,電池壽命延長并保留了網絡容量。包括設備等級在內的各種因素都會影響功耗。

LoRa 聯盟對 LoRaWAN 的支持


未來,我們的全球、國家和區域網絡必須支持全球數十億甚至數萬億的智能物聯網設備?;?LoRaWAN 的物聯網解決方案和 LoRaWAN 技術將在為未來應用提供創新、低成本和高效的網絡方面發揮非常重要的作用。有一個 Lora 聯盟協會聯合全球 400 多家公司為未來的需求貢獻、改進和實施智能 LoRaWAN 網絡。

LoRa 聯盟是一個開放的、非營利的成員協會,它相信物聯網時代已經到來。 LoRa 聯盟由行業領導者發起,其使命是標準化在世界各地部署的低功耗廣域網 (LPWAN),以實現物聯網 (IoT)、機器對機器 (M2M) 和智慧城市以及工業應用程序。