LoRa/LoRaWAN-Anwendungen und Trends 2022

In diesem Artikel erfahren Sie, was LoRa-Technologie und LoRaWAN-Anwendungen sind. LoRa ist eine Art WLAN-Standard mit geringem Stromverbrauch. Je niedriger die Geschwindigkeit, desto länger ist die Übertragungsdistanz. Bei geringem Stromverbrauch ist es normalerweise schwierig, eine Distanz zurückzulegen, da der durchschnittliche Stromverbrauch über Distanzen hoch ist. Das wichtigste Merkmal ist, dass sich LoRaWAN unter der Bedingung des gleichen Stromverbrauchs wie andere drahtlose Netzwerke weiter ausbreitet; erkennt die Einheit von geringem Stromverbrauch und großer Entfernung, und die Übertragungsrate beträgt typischerweise einige Hundert bis einige Kbit/s.

1. Was ist LoRa??

LoRa ist eine drahtlose Kodierungstechnik auf physikalischer Ebene, die zum Aufbau von Kommunikationsverbindungen über große Entfernungen verwendet wird. Es ist Mitglied im CCS (Lineare Modulations-Spreizspektrum-Technologie) Familie und arbeitet im Sub-1-GHz-Band. LoRa bietet die Vorteile einer robusten Entstörung und verbessert die Kommunikationsentfernung im Vergleich zu herkömmlichem FSK und anderen Techniken erheblich, während gleichzeitig der Stromverbrauch niedrig bleibt. Außerdem, Die von LoRa regulierten Diffusionsfaktoren sind nahezu orthogonal. Dies bedeutet, dass Signale, die gleichzeitig an dasselbe Frequenzband gesendet und mit verschiedenen Ausbreitungsfaktoren moduliert werden, nicht miteinander kollidieren. Stattdessen, Die Zeichen verschiedener Ausbreitungsparameter sind kaum mehr als Hintergrundrauschen.

Spread-Spectrum-Modulation, manchmal auch Chirp-Modulation genannt, ist die Basis für die LoRa-Technologie, Dies ist das alleinige geistige Eigentum von Semtech. Diese Art von Technologie, bekannt als Spread-Spectrum, tauscht Empfindlichkeit gegen Bandbreite. W-lan Und ZigBee Verwenden Sie Spread-Spectrum-Technologie und andere Systeme; Jedoch, Die LoRa-Modulation zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Grenze des Shannon-Theorems erreicht und die Empfindlichkeit maximal erhöht. Bei gleicher Übertragungsrate, Die LoRa-Technologie ist 8–12 dBm empfindlicher als die herkömmliche FSK-Technologie.

2. Was ist LoRaWAN??

Dies ist ein offener Standard, der eine Medienzugriffskontrolle erstellt (MAC) auf der Datenverbindungsschicht und Kommunikationsprotokolle basierend auf LoRa-Chips für LPWAN-Technologie. Das LoRa-Konsortium ist für die Pflege dieses Protokolls verantwortlich.

Das LoRaWAN-Gateway überträgt Nachrichten, die LoRa-modulierte RF-Daten enthalten, vom Endgerät an den LoRaWAN-Netzwerkserver.

Die Beziehung zwischen Endgeräten und Gateways ist nicht eins zu eins. Alle Gateways sind in der Lage, die Uplink-Pakete des Endgeräts zu empfangen. Andererseits, Mehrere Gateways in derselben Region können dasselbe Endgerät bedienen.

Zur Verbindung des LoRaWAN-Gateways mit dem Netzwerkserver können WLAN- oder Netzwerkkabel verwendet werden.

Die einzige Funktion des LoRaWAN-Gateways, die nur auf der physikalischen Ebene läuft, besteht darin, LoRa-RF-Pakete weiterzuleiten. Nach dem Empfang des LoRa-Signals wird die Kalibrierung der physikalischen Schicht durchgeführt. Wenn zutreffend, Es werden bestimmte Daten übermittelt (Zeitstempel, RSSI, SNR, usw.) über den Uplink zum Netzwerkserver. Der Netzwerkserver leitet die Übertragungsanfrage für den Downlink sofort weiter.

3. Was sind die LoRaWAN-Anwendungen?

Zurück zu unserer tatsächlichen Situation, welches auf LoRa-Eigenschaften basiert, Wir listen die fünf LoRa-Anwendungsmöglichkeiten wie folgt auf:

1. Das Mobilfunksignal ist schwach oder nicht verfügbar

• Überwachung von landwirtschaftlichen Betrieben und Tierstandorten: Aufgaben wie die Verfolgung und Verwaltung von Bewässerungsgeräten lassen sich am besten von selbst aufgebauten LoRa-Netzwerken bewältigen, da die meisten dieser Anwendungen an abgelegenen oder ländlichen Orten mit schlechter Mobilfunkabdeckung und hoher Netzdichte stattfinden IoT-Geräte.
• Verfahren zur Ölgewinnung und -rückgewinnung: Diese Region ist im Wesentlichen unbewohnt, weit weg, und menschenleer, und es gibt keine Mobilfunkabdeckung, insbesondere in Bereichen mit Sicherheitsanforderungen wie Kohlebergwerken. Lora erfüllt die Bedingungen problemlos.
• Überwachung von Waldbränden: Denn in dünn besiedelten Regionen müssen Mobilfunk-Basisstationen installiert werden, Sie sind teuer in der Einrichtung und benötigen ein Glasfaser-Zugangsnetzwerk. Im Gegensatz, LoRa-Netzwerke sind kostengünstig einzurichten, verfügen über eine umfassende Abdeckung, und sind einfach umzusetzen.
• Umweltüberwachung: Es gibt verschiedene Arten von Umweltüberwachungsstandorten. Einige dienen der Bequemlichkeit, während andere auf Flüssen sind, Klippen, und Berge. Angesichts der spezifischen Verbreitung dieser Umweltüberwachungssensoren, Ein LoRa-Netzwerk wird praktischer zu verwenden sein.

2. Strenge Anwendungsanforderungen an Leistung und Reichweite

• Wasser- und Gaszähler: Diese haben typischerweise eine Betriebslebensdauer von 8 Zu 10 Jahre. Wasserzähler, Zum Beispiel, Sie verfügen über eine Batterie, die während ihrer gesamten Lebensdauer gewechselt werden muss und dabei nur sehr wenig Strom verbraucht. LoRa ist daher ideal für diese Anwendungssituation.
• Parksensor/-sperre: Wenn der Erdmagnetsensor installiert wird, nachdem die Erde vergraben wurde, Das Auswechseln der Batterie des Sensors kann eine Herausforderung sein. Nachdem der Schmutz vergraben ist, Der Austausch der Batterie ist kostspielig und verbraucht viel Energie. Heutzutage, Die LoRa-Technologie wird von den meisten Parksensoren verwendet.
• Zugangskontrolle, Raucherkennung, Und Müllverfolgung: Für diese Anwendungen sind Lichtsensoren und winzige Batterien erforderlich, sondern weil die Batterien zwei bis drei Jahre halten müssen, bevor sie ausgetauscht werden müssen, und weil diese Anwendung eine längere Reichweite erfordert, Die LoRa-Technologie ist angemessen.
• Smarte Kleidung: Die LoRa-Technologie ist die beste Option, da Smart Wear einen erheblichen Stromverbrauch erfordert, insbesondere für bestimmte Remote-Außenanwendungen.

3. Private und geschäftliche Netzwerke

• Industrielle Steuerung und Überwachung von Produktionslinien: Normalverbraucher legen großen Wert auf Produktionssteuerung und Produktionsdatenmanagement, Die meisten davon werden IoT auf privater oder Unternehmensebene einsetzen. Intelligente Industrieanwendungen profitieren erheblich vom flexiblen Einsatz und den robusten Anti-Interferenz-Eigenschaften von LoRa (HF-Interferenzeigenschaften von Fertigungslinien).
• Park- und Grundstücksverwaltung: Viele Gewerbeimmobilien- und Wohngemeinschaften haben ihre interne Verwaltung und ihre Annehmlichkeiten verbessert, und sie wünschen sich ein privates Netzwerk, das sie kontrollieren können. Die wenigen führenden chinesischen Immobilienunternehmen nutzen bereits LoRa-Abdeckungsnetzwerke, um eine präzise Kontrolle ihrer Gewerbe- und Wohnimmobilien durchzuführen.

4. Was können Sie mit dem LoRa-Netzwerk tun??

In den letzten drei Jahren, mindestens einer Internet der Dinge-basierte Angriffe wurden von fast gesehen 20% von Unternehmen. In 2021, Die Gesamtkosten der IoT-Sicherheit betragen $3.1 Milliarde.

Ein Low-Power-Wide-Area-Netzwerkprotokoll namens LoRaWAN wurde entwickelt, um batteriebetriebene „Dinge“ lokal drahtlos zu verbinden, national, oder internationale Netzwerke an das Internet. Sicherheit ist ein entscheidender Bestandteil der LoRaWAN-Netzwerktechnologie. Zum Beispiel, Seine grundlegende Authentifizierungs- und Sicherheitsstruktur basiert auf Anhang B[IEEE802154] der Implementierung der AES128-Verschlüsselungstechnik durch IEEE802.15.4/2006. Im Vergleich zu Einschlüssellösungen, LoRaWAN ist sicherer, da es separate Schlüssel zur Verschlüsselung und Authentifizierung von Benutzerdaten und zur Aufrechterhaltung der Netzwerkintegrität verwendet.

Verfolgung der globalen Lieferkette

Viele Unternehmen mit internationalen Märkten sind auf Fahrzeugflotten angewiesen, einschließlich LKW, Automobile, Schiffe, und Flugzeuge. Mithilfe der IoT-Flottenüberwachung erhalten Unternehmen möglicherweise die Daten, die sie benötigen, um kluge Entscheidungen zur Kosteneinsparung zu treffen. Routenplanung, Geo-Fahrzeugverfolgung, und vorausschauende Wartungsaktualisierungen von eingebetteten Sensoren können zu einem effektiven Kraftstoffmanagement beitragen, indem sie geplante Wartungsarbeiten ermöglichen und Ausfallzeiten minimieren. Aufgrund seines geringen Energieverbrauchs und der langen Akkulaufzeit, Eingebettete Sensoren können in weniger als einem Tag in der gesamten Flotte installiert werden und sind einfach zu warten.

Intelligente Landwirtschaft

Nur 3% des Wassers auf der Erde stehen als Süßwasser zur Verfügung, und der Agrarsektor nutzt 70% davon. IoT-Lösungen sind von entscheidender Bedeutung, um den Landwirten das Wissen zu vermitteln, das sie benötigen, um zu entscheiden, wie sie die ihnen zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzen können. Landwirte können das Risiko eines Erntesterbens aufgrund von Überbewässerung oder Trockenheit durch einen LoRa-basierten Einsatz senken Intelligente Bewässerung.

Intelligentes Zuhause

Es gibt mehrere Details, die ein Besitzer im Auge behalten muss – die Temperatur, Beleuchtung, Wasserverbrauch, usw. IoT-Technologien kann im Zeitalter der Konnektivität die Verwaltung von Versorgungsunternehmen erleichtern, Dadurch sind sie für Eigentümer jederzeit verfügbar, unabhängig davon, wo sie sich im Netzwerk befinden. Zu den Anwendungen für Smart Homes, die LoRa nutzen, gehören Thermostate, Sprinkler, Türen, Schlösser, und Steckdosen. LoRa-basierte Thermostate können die Temperatur eines Hauses überprüfen und im Laufe des Tages bei Bedarf Anpassungen vornehmen, So wie intelligente Kühlschränke es können. Anwendungen für intelligente Bewässerung können verfolgen, wann und wie lange Sprinkleranlagen eingeschaltet sein sollten. Über diese Programme wird Hausbesitzern und Hausverwaltern die Möglichkeit zur Verwaltung zahlreicher Versorgungsbetriebe und zum Energiesparen zur Verfügung gestellt, die alle von mobilen Geräten aus leicht zugänglich sind.