Applicazioni e tendenze LoRa/LoRaWAN 2022

Questo articolo ti spiegherà cos'è la tecnologia LoRa e le applicazioni LoRaWAN. LoRa è un tipo di standard LAN wireless a basso consumo. Minore è la velocità, maggiore è la distanza di trasmissione. Un basso consumo energetico è in genere difficile da coprire una distanza poiché il consumo energetico medio della distanza è elevato. La caratteristica più significativa è che LoRaWAN si diffonde più lontano a condizione dello stesso consumo energetico di altri dispositivi wireless; realizza l'unità del basso consumo energetico e della lunga distanza e la velocità di trasmissione è tipicamente compresa tra poche centinaia e pochi Kbps.

1. Cos'è LoRa?

LoRa è una tecnica di codifica wireless a livello fisico utilizzata per stabilire collegamenti di comunicazione a lunga distanza. È membro del CCS (tecnologia a spettro esteso di modulazione lineare) famiglia e opera nella banda inferiore a 1 GHz. LoRa offre i vantaggi di una robusta anti-interferenza e migliora considerevolmente la distanza di comunicazione rispetto all'FSK convenzionale e ad altre tecniche mantenendo un basso consumo energetico. Inoltre, i fattori di diffusione regolati da LoRa sono praticamente ortogonali. Ciò implica che i segnali inviati contemporaneamente sulla stessa banda di frequenza e modulati utilizzando diversi fattori di propagazione non entrano in collisione tra loro. Invece, i segnali provenienti dai diversi parametri di propagazione sono poco più che rumore di fondo.

Modulazione dello spettro diffuso, a volte chiamato modulazione Chirp, è la base per la tecnologia LoRa, che è proprietà intellettuale di proprietà esclusiva di Semtech. Questo tipo di tecnologia, noto come spettro diffuso, scambia la sensibilità con la larghezza di banda. Wifi E ZigBee utilizzare la tecnologia a spettro diffuso e altri sistemi; Tuttavia, La modulazione LoRa si distingue per il raggiungimento del limite del teorema di Shannon e per il massimo miglioramento della sensibilità. Alla stessa velocità di trasmissione, La tecnologia LoRa è 8–12 dBm più sensibile della tecnologia FSK convenzionale.

2. Cos'è LoRaWAN?

Questo è uno standard aperto che crea il controllo dell'accesso ai media (MAC) a livello di collegamento dati e protocolli di comunicazione basati su chip LoRa per Tecnologia LPWAN. Il Consorzio LoRa è incaricato del mantenimento di questo protocollo.

Il gateway LoRaWAN trasferisce messaggi contenenti dati RF modulati LoRa dal dispositivo finale al server di rete LoRaWAN.

La relazione tra dispositivi terminali e gateway non è uno a uno. Tutti i gateway sono in grado di ricevere i pacchetti uplink del dispositivo terminale. D'altra parte, più gateway nella stessa regione possono servire lo stesso dispositivo terminale.

È possibile utilizzare cavi Wi-Fi o di rete per collegare il gateway LoRaWAN al server di rete.

L'unica funzione del gateway LoRaWAN, che funziona solo a livello fisico, è quello di inoltrare pacchetti RF LoRa. Effettuerà la calibrazione del livello fisico dopo aver ricevuto il segnale LoRa. Se accurato, trasmetterà dati specifici (timestamp, RSSI, SNR, eccetera.) attraverso l'uplink al server di rete. Il server di rete passa immediatamente la richiesta di trasmissione per il downlink.

3. Cosa sono le applicazioni LoRaWAN

Ritorniamo alla nostra situazione reale, che si basa sulle caratteristiche di LoRa, elenchiamo di seguito le cinque possibilità applicative di LoRa:

1. Il segnale del cellulare è debole o non disponibile

• Monitoraggio della posizione delle aziende agricole e degli animali: attività come il monitoraggio e la gestione delle attrezzature per l'irrigazione sono gestite al meglio dalle reti autocostruite LoRa perché la maggior parte di queste applicazioni si trovano in località remote o rurali con scarsa copertura cellulare e un'alta densità di reti. Dispositivi IoT.
• Procedure di recupero e recupero del petrolio: Questa regione è essenzialmente disabitata, lontano, e privo di persone, e non c'è copertura di rete cellulare, in particolare nelle aree con requisiti di sicurezza come le miniere di carbone. Lora soddisfa facilmente le condizioni.
• Monitoraggio degli incendi boschivi: Perché le stazioni base della rete cellulare devono essere installate nelle regioni scarsamente abitate, sono costosi da configurare e necessitano di una rete di accesso in fibra. In contrasto, Le reti LoRa sono poco costose da configurare, avere una copertura estesa, e sono facili da implementare.
• Sorveglianza ambientale: Esistono diversi tipi di posizioni di monitoraggio ambientale. Alcuni sono per comodità, mentre altri sono sui fiumi, scogliere, e montagne. Data la distribuzione specifica di questi sensori di monitoraggio ambientale, una rete LoRa sarà più pratica da usare.

2. Requisiti applicativi di potenza e portata rigorosi

• Contatori acqua e gas: Questi in genere hanno una durata operativa di 8 A 10 anni. Contatori dell'acqua, Per esempio, hanno una batteria che deve essere cambiata per tutta la sua durata consumando pochissima energia. LoRa è quindi ideale per questa situazione applicativa.
• Sensore/serratura di parcheggio: Quando il sensore geomagnetico viene installato dopo che la terra è stata interrata, cambiare la batteria del sensore potrebbe essere difficile. Dopo che lo sporco è stato sepolto, la sostituzione della batteria è costosa e richiede molta energia. Al giorno d'oggi, La tecnologia LoRa è utilizzata dalla maggior parte dei sensori di parcheggio.
• Controllo degli accessi, rilevamento del fumo, E tracciamento dei rifiuti: Queste applicazioni richiedono sensori di luce e piccole batterie, ma perché le batterie devono durare due o tre anni prima di dover essere sostituite e perché questa applicazione richiede una distanza operativa estesa, La tecnologia LoRa è appropriata.
• Abbigliamento intelligente: La tecnologia LoRa è l'opzione migliore poiché l'abbigliamento intelligente richiede un consumo energetico significativo, in particolare per specifiche applicazioni remote esterne.

3. Reti private e aziendali

• Controllo industriale e monitoraggio delle linee di produzione: I consumatori abituali attribuiscono un valore elevato al controllo della produzione e alla gestione dei dati di produzione, la maggior parte dei quali impiegherà l’IoT privato o aziendale. Le applicazioni industriali intelligenti traggono notevoli vantaggi dall’implementazione flessibile di LoRa e dalle robuste proprietà anti-interferenza (Caratteristiche delle interferenze RF delle linee di produzione).
• Gestione del parco e della proprietà: Molti immobili commerciali e comunità residenziali hanno migliorato la gestione interna e i servizi di amenità, e desiderano avere una rete privata da poter controllare. Le poche principali società immobiliari cinesi utilizzano già le reti di copertura LoRa per effettuare un controllo preciso dei propri immobili commerciali e residenziali.

4. Cosa puoi fare con la rete LoRa?

Nei tre anni precedenti, almeno uno IoT-l'assalto basato è stato visto da quasi 20% delle imprese. In 2021, il costo totale della sicurezza IoT sarà $3.1 miliardi.

Viene creato un protocollo di rete ad ampia area a basso consumo chiamato LoRaWAN per collegare in modalità wireless "cose" alimentate a batteria in locale, nazionale, o reti internazionali a Internet. La sicurezza è una componente cruciale della tecnologia di rete LoRaWAN. Ad esempio, la sua struttura di autenticazione e sicurezza di base si basa sull'Allegato B[IEEE802154] dell'implementazione IEEE802.15.4/2006 della tecnica di crittografia AES128. Rispetto alle soluzioni a chiave singola, LoRaWAN è più sicuro poiché utilizza chiavi separate per crittografare e autenticare i dati dell'utente e mantenere l'integrità della rete.

Tracciare la catena di fornitura globale

Molte aziende con mercati internazionali fanno affidamento su flotte di veicoli, compresi i camion, automobili, navi, e aeroplani. Le aziende possono ottenere i dati di cui hanno bisogno per fare scelte sagge di risparmio sui costi utilizzando il monitoraggio della flotta IoT. Pianificazione del percorso, localizzazione geografica dei veicoli, e gli aggiornamenti della manutenzione predittiva provenienti dai sensori integrati possono aiutare con una gestione efficace del carburante consentendo la manutenzione pianificata e riducendo al minimo i tempi di fermo. Grazie al basso consumo energetico e alla lunga durata della batteria, i sensori integrati possono essere installati nell'intera flotta in meno di un giorno e sono di facile manutenzione.

Agricoltura intelligente

Soltanto 3% dell’acqua sulla terra è accessibile come acqua dolce, e il settore agricolo utilizza 70% di esso. Soluzioni IoT sono essenziali per fornire agli agricoltori le conoscenze di cui hanno bisogno per decidere come utilizzare in modo efficiente le risorse a loro disposizione. Gli agricoltori possono ridurre il rischio di mortalità delle colture a causa di irrigazione eccessiva o siccità utilizzando un’implementazione basata su LoRa irrigazione intelligente.

Casa intelligente

Ci sono diversi dettagli di cui un proprietario deve tenere traccia: la temperatura, illuminazione, utilizzo dell'acqua, eccetera. Tecnologie IoT possono rendere più semplice la gestione dei servizi pubblici nell’era della connettività, rendendoli prontamente disponibili per i proprietari, indipendentemente da dove si trovino sulla rete. Le applicazioni per case intelligenti che utilizzano LoRa includono i termostati, irrigatori, porte, serrature, e prese di corrente. I termostati basati su LoRa possono controllare la temperatura di una casa e apportare le modifiche necessarie durante il giorno, proprio come possono fare i frigoriferi intelligenti. Le applicazioni per l’irrigazione intelligente possono tenere traccia di quando e per quanto tempo i sistemi di irrigazione dovrebbero essere attivi. Attraverso questi programmi la capacità di gestire numerose utenze e di risparmiare energia viene messa a disposizione dei proprietari di case e dei gestori di immobili, tutti facilmente accessibili da dispositivi mobili.