Estamos en la era del Internet de los objetos. Con el rápido desarrollo del Internet de los objetos, la tecnología de comunicación inalámbrica también se ha desarrollado rápidamente. Entre las diversas tecnologías de conexión en la capa de red del Internet de los objetos, no solo se necesita una tecnología 5G con mayor velocidad y estabilidad, sino también un bajo consumo de energía. La tecnología 5G, de larga distancia y gran conexión, es la tecnología LPWAN (Low-Power Wide-Area Network, red de área extensa de baja potencia).
Entre ellas, LoRa WAN destaca por su flexibilidad única y cuenta con el reconocimiento de la comunidad IoT. Cuando hablamos de LoRaWAN, tenemos que mencionar LoRa. LoRa es un subconjunto de LoRaWan. Es una tecnología de modulación de la capa física. Utiliza la modulación lineal y el espectro ensanchado, que pueden mejorar significativamente la sensibilidad de recepción y alcanzar una distancia de comunicación mayor que otros métodos de modulación. Como una de las principales tecnologías LPWAN, LoRa está potenciando la transformación de la Internet de las Cosas en las ciudades inteligentes.
LoRa: tecnología IoT de área extensa y bajo consumo, fácil de construir e implantar
El nombre de LoRa es Long Range Radio (radio de largo alcance). Se trata de una tecnología de modulación lineal del espectro ensanchado por modulación de frecuencia, lanzada por primera vez por Cycleo, una empresa emergente fundada por varios jóvenes en Francia. En 2012, Semtech adquirió la empresa y Esta tecnología de modulación se empaqueta en el chip, y se desarrolla un conjunto completo de soluciones de chip de comunicación LoRa basadas en la tecnología LoRa, incluyendo diferentes chips LoRa para pasarelas y terminales, abriendo el camino a la comercialización de los chips LoRa.
Sin embargo, un simple chip transceptor basado en la tecnología de modulación LoRa dista mucho de ser suficiente para aprovechar el vasto mercado del IoT. En el proceso de desarrollo posterior, debido a la Alianza LoRa iniciada por múltiples fabricantes y el lanzamiento de la especificación LoRaWAN continuamente iterativa, un sistema estándar de red de área amplia apoyado por cientos de fabricantes de todo el mundo, formando así un amplio ecosistema industrial.
Las normas técnicas pertinentes, los diseños de productos, los casos de aplicación, etc. que promueven este ecosistema son todos procesos en los que participan múltiples fabricantes. Estos son también los elementos más críticos en la formación del enorme ecosistema industrial actual, y no son propiedad de una sola empresa Semtech, como LoRaWAN. La especificación es un estándar abierto en el que participan múltiples fabricantes de todo el mundo. Cualquier organización o particular puede desarrollar productos y desplegar redes basadas en esta especificación.
En comparación con la mayoría de redes que adoptan la topología de malla, es fácil ampliar continuamente la escala de la red. Sin embargo, la desventaja es que se utilizan varios nodos no relacionados para reenviar mensajes y el enrutamiento es tortuoso, lo que aumenta la complejidad del sistema y el consumo total de energía. LoRa utiliza una topología en estrella (método de red TMD). Las pasarelas están conectadas a los nodos terminales en forma de estrella, pero los nodos terminales no están vinculados a una única pasarela. Al contrario, los datos de enlace ascendente de los nodos terminales pueden enviarse a múltiples pasarelas. En teoría, los usuarios pueden conseguir una red flexible mediante protocolos y arquitecturas de red en malla, punto a punto o en estrella.
Arquitectura de red LoRa
LoRa opera principalmente en bandas de frecuencia libres de todo el mundo (es decir, bandas de frecuencia sin licencia), como 433, 868, 915MHz, etc. La arquitectura de la red LoRa consta de cuatro partes: nodo terminal, pasarela, servidor de red y servidor de aplicaciones. Los datos de las aplicaciones pueden transmitirse en ambas direcciones.
LoRa es una capa física o modulación inalámbrica que crea conexiones de comunicación a larga distancia. En comparación con la tecnología FSK tradicional y la tecnología de radiofrecuencia de corta distancia con una estabilidad y seguridad insuficientes, LoRa se basa en la tecnología de modulación CSS (Chirp Spread Spectrum) manteniendo un bajo consumo de energía. Al mismo tiempo, el alcance de la comunicación aumenta considerablemente, y la tecnología CSS se ha utilizado ampliamente en comunicaciones militares y espaciales durante décadas. Tiene las características de larga distancia de transmisión y fuerte antiinterferencia.
Además, la tecnología LoRa no requiere la construcción de estaciones base. Una pasarela puede controlar muchos dispositivos, y el método de disposición de la red es más flexible, lo que puede reducir enormemente los costes de construcción.
LoRa está ampliamente implantado en comunidades, casas y edificios inteligentes y contadores inteligentes gracias a su bajo consumo de energía, larga distancia de transmisión y flexibilidad de conexión en red. La tecnología LoRa también se utiliza en la agricultura inteligente, la logística inteligente y otras industrias verticales, con amplias perspectivas.
Resumen de las características de LoRa:
- Distancia de transmisión: hasta 2-5Km en ciudades y 15Km en suburbios.
- Frecuencia de trabajo: La banda de frecuencia ISM incluye 433, 868, 915MH, etc.
- Estándar: IEEE 802.15.4g.
- Método de modulación: Basado en la tecnología de espectro ensanchado, una variante de la modulación lineal de espectro ensanchado (CSS), con capacidad de corrección de errores hacia delante (FEC), tecnología patentada por semtech company.
- Capacidad: Una pasarela LoRa puede conectar miles de nodos LoRa.
- Duración de la batería: hasta 10 años.
- Seguridad: Encriptación AES128.
- Velocidad de transmisión: de varios cientos a decenas de Kbps. Cuanto menor es la velocidad, mayor es la distancia de transmisión. Esto es como cuando una persona coge cosas. Si coge más, no podrá llegar muy lejos, pero si coge menos, podrá llegar más lejos.
Estado de desarrollo de LoRa
A partir de 2014, aproximadamente, el primer lote de empresas nacionales empezó a desarrollar productos relacionados con LoRa. En los últimos cinco años, LoRa ha pasado de ser una pequeña tecnología inalámbrica utilizada en un área reducida a un estándar de facto que todo el mundo conoce en el ámbito del Internet de las Cosas.
A principios del año pasado, la Oficina de Administración de Radio del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió los dictámenes sobre los "Requisitos técnicos para equipos de transmisión radioeléctrica de corta distancia de micropotencia (borrador para comentarios)", en los que se menciona que el uso de la banda de frecuencias de 470-510MHz está permitido para micrófonos inalámbricos, concretamente equipos de radio utilizados para transmitir sonido. en lugar de datos; al mismo tiempo, se subraya que "se limita al uso en un único punto de frecuencia, no puede utilizarse para aplicaciones de red". Un borrador de solicitud de comentarios sobre aplicaciones de red LoRa ha recibido una amplia atención por parte de los conocedores de la industria, lo que ha provocado que el desarrollo de redes LoRa en China se enfrente a dificultades.
Al final, con los esfuerzos de personas de todos los ámbitos de la industria, la normativa del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información no establecía claramente que no se podían establecer redes, sino que afirmaba que se podían utilizar redes de área local, y también se levantaron las restricciones sobre aplicaciones específicas, resolviendo así la incertidumbre del desarrollo nacional de LoRa. Por otro lado, varios de los principales gigantes de Internet, Tencent, Google y Alibaba, se han unido sucesivamente a la Alianza LoRa, han introducido un fuerte apoyo al ecosistema LoRa y han abordado conjuntamente los problemas a los que se enfrenta LoRa en el proceso de desarrollo.
Los gigantes tecnológicos han entrado en LoRa y se han unido a la Alianza LoRa. Puede verse que cada empresa espera utilizar LoRa como punto de entrada para establecer su posición en la Internet de las Cosas y la Internet Industrial. Los dos grandes gigantes de Internet, Alibaba y Tencent, consideran que LoRa es una importante puerta de entrada a su esquema de IoT. La plataforma LinkWAN y la plataforma TTN que promueven son muy evidentes a la hora de impulsar las fases anteriores y posteriores de la cadena industrial. Además, grupos como China Telecom, China Unicom y Broadcasting and Television también han comenzado a diseñar la industria LoRa para promover su aplicación en diversas industrias.
A juzgar por la estructura actual del mercado, miles de empresas nacionales han participado en el ecosistema de la industria LoRa, mostrando un patrón de participación conjunta de grandes, medianas y pequeñas empresas, empresas tradicionales y empresas de Internet. El entorno industrial nacional para el desarrollo de LoRa sigue mejorando, y la propia fuerza de la Alianza LoRa también está creciendo.
Según la información, los envíos nacionales de chips LoRa alcanzaron decenas de millones en 2018. Entre ellos, los fabricantes de módulos y medidores representaron la mayor parte de la cuota de compra, seguidos por los fabricantes de estaciones base. Además, hay un gran número de fabricantes de módulos y terminales dispersos en China que también compran directamente chips LoRa. Aunque todos ellos están en pequeños lotes, la escala total es considerable.
Para la mayoría de los fabricantes de módulos, terminales, sistemas y aplicaciones, son neutrales con respecto a las distintas tecnologías, y la elección de la ruta técnica a seguir es en la mayoría de los casos un comportamiento puramente orientado al mercado. Los chips LoRa son importantes componentes subyacentes que sustentan toda la industria, pero la formación de toda la estructura industrial depende de los esfuerzos conjuntos de múltiples fuerzas, que ya se ha formado en China. Se ha convertido en un consenso de la industria que los productos relacionados con LoRa son muy flexibles, no sólo porque pueden desplegar redes de forma independiente en diversos entornos, sino también porque los desarrolladores de todo tipo pueden elegir múltiples plataformas y recibir rápidamente apoyo para el desarrollo.
En el último año, LoRa también ha tenido un gran número de aplicaciones industriales en campos verticales como las ciudades inteligentes, los parques inteligentes, los edificios inteligentes y la seguridad inteligente.