Увод у лора и лораван: шта је лора и како то функционише?

Комуникација је један од најважнијих делова било ког ИоТ пројекта. Способност ствари да комуницира са другим „стварима“ (облак уређаја / сервер) је оно што „ствари“ даје право да свом имену придружи „интернет“. Иако постоји мноштво комуникационих протокола, сваком од њих недостаје једно или друго што их чини „недовољно погодним“ за ИоТ апликације. Главни проблеми су потрошња енергије, домет / покривеност и пропусни опсег.

Већина комуникационих радија попут Зигбее-а, БЛЕ-а, ВиФи-а, између осталог, кратког је домета, а други попут 3Г и ЛТЕ-а гладни су енергије и не може се загарантовати опсег њихових подручја покривања, посебно у земљама у развоју. Иако ови протоколи и начини комуникације раде за одређене пројекте, то доноси широка ограничења попут; потешкоће у примени ИоТ решења у областима без мобилне мреже (ГПРС, ЕДГЕ, 3Г, ЛТЕ / 4Г) и бруто смањење трајања батерије уређаја. Дакле, предвиђајући будућност ИоТ-а и повезивање свих врста „ствари“, лоцираних на свим врстама места, постојала је потреба за комуникационим медијем по мери направљеним за ИоТ који подржава његове захтеве посебно мале снаге, знатно великог домета, јефтин, сигуран и лак за постављање. Овде долази ЛоРа.

ЛоРа (што значи Лонг Ранге) је патентирана технологија бежичне комуникације која комбинује изузетно малу потрошњу енергије са ефикасним великим дометом. Иако домет у великој мери зависи од околине и могућих препрека (ЛОС или Н-ЛОС), ЛоРа обично има домет између 13-15 км, што значи да један ЛоРа пролаз може да обезбеди покривеност за читав град, а са још неколико и за целу земља. Технологију је развио Цицлео у Француској, а дошла је до изражаја када је компанију купио Семтецх 2012. Користили смо ЛоРа модуле са Ардуино и Распберри Пи и радили су како се очекивало.

Карактеристике ЛоРа

ЛоРа радио се састоји од неколико карактеристика које му помажу да постигне ефикасну снагу дугог домета и ниске трошкове. Неке од ових карактеристика укључују;

1. Техника модулације
2. Фреквенција
3. Прилагодљиве стопе података
4. Прилагодљиви нивои снаге

Модулација

Лора радио уређаји користе технику модулације широкопојасног спектра како би постигли значајно висок опсег комуникације уз одржавање карактеристика мале снаге које су сличне радио-системима заснованим на физичком слоју ФСК модулације. Иако је модулација широкопојасног спектра присутна већ неко време са апликацијама у војним и свемирским комуникацијама, ЛоРа представља прву, јефтину комерцијалну примену технике модулације.

Фреквенција

Иако је ЛоРа технологија агностичка фреквенција, комуникација између ЛоРа радија се одвија коришћењем нелиценцираних опсега радио-фреквенција под-ГХз који су доступни широм света. Ове фреквенције се разликују од региона до региона и често се разликују и од земље до државе. На пример, 868 МХз се обично користи за ЛоРа комуникације у Европи, док се 915 МХз користи у Северној Америци. Без обзира на учесталост, ЛоРа се може користити без већих промена у технологији.

Фреквенцијски опсези за ЛоРа у различитим земљама

Коришћење нижих фреквенција од оних комуникационих модула као што је ВиФи заснован на опсезима 2,4 или 5,8 ГХз ИСМ омогућава много веће подручје покривања, посебно за НЛОС ситуације.

Важно је напоменути да су дозволе и даље потребне у неким земљама пре него што се могу користити нелиценцирани опсези.

Прилагодљива брзина преноса података

ЛоРа користи комбинацију променљиве ширине опсега и фактора ширења (СФ7-СФ12) да прилагоди брзину података у размени са опсегом преноса. Већи фактор ширења омогућава дужи домет на штету ниже брзине преноса података, и обрнуто. Комбинација ширине опсега и фактора ширења може се одабрати према условима везе и нивоу података који се преносе. Дакле, већи фактор ширења побољшава перформансе преноса и осетљивост за дати пропусни опсег, али такође повећава време преноса као резултат нижих брзина преноса података. Они могу варирати од само 18бпс до 40Кбп

Прилагодљиви ниво снаге

Ниво снаге који користе радио станице ЛоРа је прилагодљив. Зависи између осталих фактора као што су брзина преноса података и услови везе. Када је потребан брз пренос, преносна снага се приближава максимуму и обрнуто. Стога је животни век батерије максималан и мрежни капацитет се одржава. Потрошња енергије такође зависи од класе уређаја између неколико других фактора.

ЛоРаВАН

ЛоРаВАН је стандард отвореног широког домета мале снаге широког домета (ЛПВАН) великог капацитета, дугог домета, дизајниран за ЛоРа Покренута ИоТ решења компаније ЛоРа Аллианце. То је двосмерни протокол који у потпуности користи све карактеристике ЛоРа технологије за пружање услуга, укључујући поуздану испоруку порука, крајњу и крајњу сигурност, локацију и могућности мултицаст-а. Стандард осигурава интероперабилност различитих ЛоРаВАН мрежа широм света.

Обично дође до забуне када људи покушају да дефинишу ЛоРа и ЛоРаВАН, што је вероватно најбоље решити испитивањем ОСИ модела референтног стека.

Једноставно речено, на основу ОСИ модела стека, ЛоРаВАН одговара протоколу Медиа Аццесс за комуникациону мрежу, док ЛоРа одговара физичком слоју. Тако ЛоРаВАН дефинише комуникациони протокол и архитектуру система за мрежу, док ЛоРа архитектура омогућава комуникацију дугог домета. Њих двојица спојили су се заједно како би пружили функционалност која одређује трајање батерије чвора, капацитет мреже, квалитет услуге, сигурност и друге апликације које мрежа опслужује. Иако је ЛоРаВАН најпопуларнији МАЦ слој за ЛоРа, постоје и други заштићени слојеви који су такође изграђени на ЛоРа технологији. Добар пример је Симпхони линк компаније Линк Лабс који је посебно развијен за индустријске примене.

ЛоРаВАН мрежна архитектура

За разлику од топологије мрежасте мреже коју је усвојила већина мрежа, ЛоРаВАН користи звездану мрежну архитектуру, па уместо да сваки крајњи уређај буде у готово увек стању, понављајући пренос са других уређаја ради повећања домета, крајњи уређаји у ЛоРаВАН мрежи комуницирају директно са мрежним пролазима и укључени су само када треба да комуницирају са мрежним пролазом јер домет није проблем. Ово је фактор који доприноси карактеристикама мале снаге и великом трајању батерије добијеним на ЛоРа крајњим уређајима

ЛоРа мрежна архитектура састоји се од четири главна дела;

1. Завршни уређаји

2. Гатеваис

3. Мрежни сервер

4. Сервер апликација

1. Завршни уређаји

То су сензори или актуатори на ивици мреже. Крајњи уређаји служе различитим апликацијама и имају различите захтеве. Да би оптимизовао разне профиле крајњих апликација, ЛоРаВАН ™ користи три различите класе уређаја на које се могу конфигурисати крајњи уређаји. Класе садрже компромисе између кашњења комуникације надоле и везе трајања батерије уређаја.

Три главне класе су;

1. Двосмерни крајњи уређаји (класа А)

2. Двосмерни крајњи уређаји са заказаним пријемним прикључцима (класа Б)

3. Двосмерни крајњи уређаји са максималним прорезима за пријем (класа Ц)

и. Крајњи уређаји класе А.

То су уређаји који захтевају само комуникацију долазне везе са сервиса р одмах након узлазне везе. На пример, то су уређаји који треба да добију потврду о испоруци поруке од сервера након узлазне везе. За ову класу уређаја, они морају сачекати док се не пошаље уплинк на сервер да би било који довнлинк могао да се прими. Као резултат тога, комуникација је сведена на минимум и они тако имају најмање напајање и најдужи век трајања батерије. Добар пример уређаја класе А је паметни мерач енергије заснован на ЛоРа

ии. Крајњи уређаји класе Б.

Овим уређајима се додељују додатни прозори за одлазну везу у заказаним интервалима, поред одлазне везе која се прима приликом слања одлазне везе (класа А + заказана додатна доња веза). Заказана природа овог довнлинк-а осигурава да је рад и даље слабе снаге, јер је комуникација активна само у заказаним интервалима, али додатна снага потрошена током заказаног довнлинк-а повећава потрошњу енергије већу од оне код уређаја класе А, јер такви имају нижу батерију животни век у поређењу са крајњим уређајима класе А.

иии. Крајњи уређаји класе Ц.

Ова класа уређаја нема ограничења на везу према доле. Они су дизајнирани да буду готово увек отворени за комуникацију са сервера. Они троше више енергије од осталих класа и имају најнижи век трајања батерије. Добри примери уређаја класе Ц су крајњи уређаји који се користе у управљању возним парком или стварном праћењу саобраћаја.

2. Гатеваис

Прелази (такође познати и као концентратори) су уређаји повезани на мрежни сервер преко стандардних ИП веза који преносе поруке између позадине централног мрежног сервера и крајњих уређаја користећи протокол бежичне комуникације са једним скоком. Дизајнирани су да подржавају двосмерну комуникацију и опремљени су мултицаст-ом који омогућава софтверу да шаље поруке масовне дистрибуције попут бежичних ажурирања.

У срцу сваког ЛоРа мрежног пролаза је вишеканални ЛоРа демодулатор способан да паралелно декодира све варијанте ЛоРа модулације на неколико фреквенција.

За мрежног оператора великих размера кључни фактори који треба да разликују треба да буду радио перформансе (осетљивост, снага слања), веза чипа СКС1301 на мрежни пролаз (УСБ на СПИ или СПИ на СПИ) и подршка и дистрибуција ППС-а сигнал чија доступност омогућава прецизну временску синхронизацију над целокупном популацијом мрежног пролаза у мрежи

ЛоРа шири комуникацију између крајњих уређаја и мрежних пролаза на више фреквенцијских канала и брзине преноса података. Технологија ширеног спектра користи брзине преноса података у распону од 0,3 кбпс до 50 кбпс да би спречила међусобну интерференцију и ствара скуп „виртуелних“ канала који повећавају капацитет мрежног пролаза.

Да би максимизирао и век трајања батерије крајњих уређаја и укупан мрежни капацитет, мрежни сервер ЛоРа управља брзином података и РФ излазом за сваки крајњи уређај појединачно кроз шему прилагодљиве брзине преноса података (АДР).

3. Мрежни сервер

Лора Нетворк сервер је интерфејс између апликацијског сервера и мрежних пролаза. Преноси наредбе са апликацијског сервера на мрежни пролаз док пребацује податке са мрежних пролаза на апликацијски сервер. Извршава функције, укључујући осигуравање да нема дуплираних пакета, заказивање потврда и управљање брзином података и РФ излазом за сваки крајњи уређај појединачно користећи шему адаптивне брзине преноса података (АДР).

4. Сервер апликација

Сервер апликација одређује за шта се користе подаци са крајњих уређаја. Овде се вероватно врши визуализација података итд.

ЛоРаВАН сигурност и приватност

Не може се превише нагласити важност сигурности и приватности у било ком ИоТ решењу. ЛоРаВАН протокол одређује шифрирање како би се осигурало да су ваши подаци конкретно сигурни

* Кључеви АЕС128 по уређају

* Тренутна регенерација / опозив кључева уређаја

* Шифровање корисног терета по пакету за приватност података

* Заштита од поновних напада

* Заштита од напада човека у средини

ЛоРа користи два кључа; Кључеви мрежне сесије и сесије апликација пружају раздвојену шифровану комуникацију за управљање мрежом и комуникацију апликација.

Кључ мрежне сесије, који се дели између уређаја и мреже, одговоран је за потврду идентитета података крајњег чвора, док је кључ сесије апликације, који се дели између апликације и крајњег чвора, одговоран за гарантовање приватности података уређаја.

Кључне карактеристике ЛоРАВАН-а

*> 160 дБ буџет везе

* +20 дБм ТКС снаге

* Изузетан ИИП3

* Побољшање селективности од 10 дБ у односу на ФСК

* Толерантно на рафалне сметње у каналу

* Најнижа РКС струја - 10мА

* Најнижа струја спавања

* Ултра брзо буђење (спавање до РКС / ТКС)

Предности ЛоРа

Испод су неке од предности повезаних са ЛоРа;

1. Велики домет и покривеност: Са дометом до 15 км ЛОС, његов домет се не може упоредити са било којим другим комуникационим протоколом.

2. Ниска снага: ЛоРа нуди хипер радио станице мале снаге што их чини идеалним за уређаје за које је потребно да трају 10 година или