reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© enruta dreamstime.com Technologie | 08 stycznia 2019

Technologia LoRaWAN

W zaledwie kilka lat LoRa sta艂a si臋 jedn膮 z najpopularniejszych technologii wspieraj膮cych IoT. Technologia sk艂ada si臋 zasadniczo z dw贸ch warstw: fizycznej - opartej na modulacji LoRa oraz stosu organizuj膮cego komunikacj臋 w sieci - LoRaWAN.
Internet Rzeczy przesta艂 by膰 ide膮, a sta艂 si臋 rzeczywisto艣ci膮. Nikogo nie dziwi mo偶liwo艣膰 otwarcia bramy telefonem kom贸rkowym czy sterowania temperatur膮 w mieszkaniu przez stron臋 www - to przecie偶 jedynie Smart Home. W spos贸b zupe艂nie naturalny technologie IoT wykorzystywane s膮 w rozwi膮zaniach Smart City - przesy艂anie informacji o jako艣ci powietrza, informacji drogowych, transporcie publicznym, sterowaniu o艣wietleniem miejskim. Tak偶e idee Industry 4.0 i Smart Factory w przemy艣le wdra偶ane s膮 z wykorzystaniem Industry IoT, znacznie obni偶aj膮c koszty niezb臋dne do przeprowadzenia wizualizacji stanu maszyn w systemach SCADA. Podobnie pomiar i sterowanie mediami - energetyka zawodowa, wodoci膮gi i kanalizacja, systemy grzewcze - korzysta coraz cz臋艣ciej z rozwi膮za艅 IoT Smart Metering, redukuj膮c koszty utrzymania i billingu.

Wsp贸ln膮 cech膮 wszystkich rozwi膮za艅 IoT jest pozostawanie w po艂膮czeniu, mo偶liwo艣膰 komunikacji. Ze wzgl臋du na potrzeby aplikacji IoT najpopularniejsz膮 metod膮 komunikacji jest 艂膮czno艣膰 bezprzewodowa - Wireless.

LoRa

LoRa to technologia opracowana we Francji, zakupiona w 2012 roku przez firm臋 Semtech, 艣wiatowego producenta scalonych uk艂ad贸w radiowych, wsp贸艂tw贸rc臋 stowarzyszenia LoRa Alliance, organizacji non-profit skupiaj膮cej ponad 500 przedsi臋biorstw, zajmuj膮cych si臋 艣wiatow膮 popularyzacj膮 i standaryzacj膮 LoRa.

W zaledwie kilka lat LoRa sta艂a si臋 jedn膮 z najpopularniejszych technologii wspieraj膮cych IoT. Technologia sk艂ada si臋 zasadniczo z dw贸ch warstw: fizycznej - opartej na modulacji LoRa oraz stosu organizuj膮cego komunikacj臋 w sieci - LoRaWAN.

Modulacja LoRa oparta jest na technologii rozpraszania widma CSS (Chirp Spread Spectrum) i polega na ci膮g艂ej zmianie cz臋stotliwo艣ci w czasie przy zachowaniu okre艣lonej szeroko艣ci pasma.

Takie rozwi膮zanie modulacji zapewnia bardzo du偶膮 odporno艣膰 na zak艂贸cenia oraz bardzo dobr膮 propagacj臋, dzi臋ki czemu zasi臋g mierzony jest w kilometrach (nawet do kilkunastu), tak偶e w trudnych warunkach miejskich czy przemys艂owych. Sygna艂 LoRa jest odczytywany nawet w贸wczas, je艣li wyst臋puje na poziomie szumu t艂a.



Moc wyj艣ciowa nadajnik贸w +20 dBm/100mW (w Europie ograniczenie do +14 dBm). Wysoka czu艂o艣膰 odbiornik贸w do -148 dBm (0,01碌V/50鈩).

Przepustowo艣膰 transmisji LoRa nie predestynuje tej technologii do wykorzystania w aplikacjach audio-video, a wym贸g ograniczenia zaj臋to艣ci pasma otwartego wyklucza zastosowanie w aplikacjach do sterowania w re偶imie czasu rzeczywistego Real Time. Jednak bardzo dobra propagacja powoduje, 偶e w zastosowaniach Smart CIty, Smart Factory, Smart Metering LoRa wybija si臋 na wiod膮ce medium transmisji.

LoRaWAN

LoRaWAN nazwana zosta艂a przez autor贸w szeregu publikacji w czasopismach technicznych jako nowe WiFi dla IoT. Od czerwca 2015 roku, gdy opublikowano specyfikacj臋 LoRaWAN v.01 lista podmiot贸w przyst臋puj膮cych do LoRa Alliance ro艣nie, a wraz z dost臋pno艣ci膮 rozwi膮za艅 technicznych r贸wnie dynamicznie ro艣nie liczba aplikacji wykorzystuj膮cych LoRaWAN.

Sie膰 LoRaWAN pracuje w topologii gwiazdy - sk艂ada si臋 z urz膮dze艅 ko艅cowych (end-point) wysy艂aj膮cych dane do bramy sieciowej (gateway). Brama ta zamienia nast臋pne dane z postaci radiowej na pakiety IP i wysy艂a je do odpowiednich serwer贸w sieciowych. LoRaWAN udost臋pnia komunikacj臋 dwustronn膮 - zale偶nie od klasy urz膮dzenia ko艅cowego, mo偶na wys艂a膰 dane kiedy to urz膮dzenie wyjdzie z trybu u艣pienia i zainicjuje komunikacj臋 (klasa A lub B) lub w dowolnym momencie (klasa C).

LoRaWAN pracuje w otwartym pa艣mie sub-GHz 433 MHz, 868 MHz (Europa), 915 MHz (Ameryka P贸艂nocna), 905 MHz (Australia).

Mo偶liwo艣膰 zasilania ze 藕r贸de艂 niskopr膮dowych: LoRaWAN w por贸wnaniu z np. transmisj膮 oparta na LTE jest bardzo oszcz臋dna energetycznie, co zapewnia d艂u偶sz膮 偶ywotno艣膰 urz膮dzenia na zasilaniu bateryjnym (w praktyce nawet kilka lat). Niewielkie zapotrzebowanie na energie umo偶liwia zasilanie w oparciu o uk艂ad z艂o偶ony z niewielkiej baterii albo akumulatora.

Zmienne klasy energetyczne = jeszcze oszcz臋dniej: LoRaWan umo偶liwia prac臋 ze zmienn膮 klas膮 energetyczn膮 urz膮dzenia ko艅cowego. Gdy potrzebujemy aby urz膮dzenie cz臋艣ciej transmitowa艂o dane lub jest potrzeba 艣ci膮gni臋cia du偶ej ilo艣ci danych, np. nowy kod (upgrade), nastawy lub polecenia steruj膮ce - wystarczy zmieni膰 klas臋 energetyczn膮.
Klasa A - najwi臋ksza oszcz臋dno艣膰 energii. Urz膮dzenie domy艣lnie pracuje w trybie u艣pienia. Je艣li ma do wys艂ania jakie艣 dane - wybudza si臋, przeprowadza pomiary/przygotowuje dane i wysy艂a je drog膮 radiow膮. Po wykonaniu koniecznych zada艅 wchodzi ponownie w tryb u艣pienia. W tym trybie wys艂anie danych do urz膮dzenia jest mo偶liwe jedynie kiedy urz膮dzenie ko艅cowe jest wybudzone i zainicjowa艂o transmisj臋.
Klasa B - synchronizowana komunikacja w przydzielonych interwa艂ach - tryb beacon. W tym trybie okre艣lono dok艂adne odst臋py czasowe, w kt贸rych urz膮dzenie mo偶e wysy艂a膰 i/lub odbiera膰 dane. Konieczna jest synchronizacja czasu pomi臋dzy aplikacj膮 i urz膮dzeniem ko艅cowym, ale znamy dok艂adnie czas kiedy urz膮dzenie b臋dzie dost臋pne do wysy艂ania/odbierania danych. Klasa B jest rozwini臋ciem klasy A z dodan膮 funkcjonalno艣ci膮 komunikacji w interwa艂ach czasowych - beacon.
Klasa C - mo偶liwo艣ci ci膮g艂ego nas艂uch, poza kr贸tkimi okresami nadawania. W tym trybie urz膮dzenie ko艅cowe, poza okresami nadawania, permanentnie nas艂uchuje danych. Jest to najmniej energooszcz臋dny tryb pracy, ale w ka偶dej chwili mamy do niego dost臋p.

Pewno艣膰, to pewno艣膰: LoRaWAN umo偶liwia uzyskanie pewno艣ci, 偶e transmisja w ca艂o艣ci zosta艂a odebrana.

Z operatorem lub bez operatora: Zar贸wno wykorzystanie technologii LTE jak i Sigfox wi膮偶e si臋 z konieczno艣ci膮 wsp贸艂pracy z operatorem telekomunikacyjnym. LoRaWAN oferuje pe艂n膮 swobod臋 w tym zakresie.

Je艣li w艂a艣ciciel aplikacji, np. ze wzgl臋d贸w bezpiecze艅stwa lub ze wzgl臋du na koszty abonamentu, nie chce opiera膰 si臋 na us艂ugach operator贸w, przy relatywnie niewielkich nak艂adach, mo偶e zbudowa膰 w艂asn膮 warstw臋 dost臋pow膮 i serwer danych. Je艣li dla w艂a艣ciciela aplikacji kluczowe jest dzia艂anie na terenie szeroko pokrytym zasi臋giem, w贸wczas mo偶e wsp贸艂pracowa膰 z operatorem, providerem. Dynamicznie ro艣nie na ca艂ym 艣wiecie liczba operator贸w regionalnych czy narodowych LoRaWAN. Tak偶e w Polsce znajdziemy podmioty aspiruj膮ce do roli operatora i otwarte sieci LoRa >> Do przechowywania danych mo偶na zbudowa膰 w艂asny serwer, ale mo偶na z powodzeniem wykorzysta膰 tak偶e wielu dostawc贸w us艂ug realizowanych w chmurze, tak偶e Open Source.

Dalszy rozw贸j: Dynamiczny wzrost LoRa Alliance zapewnia nie tylko wzrost 艣rodk贸w na rozw贸j standardu, ale i pewno艣膰, 偶e urz膮dzenia wielu producent贸w b臋d膮 ze sob膮 w pe艂ni kompatybilne. Prace rozwojowe stosu LoRaWAN przynios艂y w 2018 roku mo偶liwo艣膰 prowadzenia skutecznej lokalizacji urz膮dzenia ko艅cowego za pomoc膮 matematycznych metod triangulacji, z dok艂adno艣ci膮 do zaledwie kilkudziesi臋ciu metr贸w. To pierwsza taka mo偶liwo艣膰, 偶e bez GPS i bez operatora telekomunikacyjnego mo偶na przeprowadzi膰 skuteczn膮 lokalizacj臋 urz膮dzenia ko艅cowego, co otwiera zupe艂nie nowe mo偶liwo艣ci w zakresie nadzoru wyposa偶enia trwa艂ego, element贸w infrastruktury, pojazd贸w (np. rower贸w miejskich), zwierz膮t czy ludzi, tym bardziej, 偶e sygna艂 LoRa jest trudniejszy w zak艂贸ceniu od sygna艂u GPS czy LTE.

Wysokie bezpiecze艅stwo: LoRaWAN zapewnia wysokie bezpiecze艅stwo obejmuj膮ce szyfrowanie transmisji (AES z wykorzystaniem identyfikatora IEEE EUI 128 do wymiany kluczy) i autoryzacj臋 w sieci urz膮dzenia ko艅cowego. Bezpiecze艅stwo warstwy aplikacji zapewnia brak dost臋pu operatora sieci do danych aplikacji urz膮dzenia ko艅cowego. Id膮c dalej i zak艂adaj膮c prac臋 w oparciu o w艂asn膮 infrastruktur臋 dost臋pow膮 (rezygnuj膮c ze wsp贸艂pracy z operatorem) i serwer aplikacji (rezygnuj膮c z us艂ugi chmury) mo偶na uzyska膰 pewno艣膰, 偶e fizycznie dane nie b臋d膮 opuszcza膰 infrastruktury technicznej ich w艂a艣ciciela.



Schemat dzia艂ania sieci



Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci serwisu www.lorawan.com.pl

漏 JM Elektronik
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
January 11 2019 20:28 V11.10.27-1