Introdução ao LoRa
A tecnologia de comunicação LoRa é uma das comunicações de curta distância na tecnologia de comunicação da Internet das Coisas. As mesmas tecnologias de comunicação de curta distância incluem Bluetooth, WIFI, Zigbee, etc.
LoRa é a abreviatura de Long Range em inglês. É um tipo de tecnologia de comunicação Low PowerWide Area Network (LPWAN). É uma tecnologia de transmissão de dados de ultra-longa distância e baixa potência lançada pela Semtech em 2013. No passado, antes do surgimento da LPWAN, parecia que a única escolha era entre longa distância e baixo consumo de energia. O surgimento da tecnologia sem fio LoRa mudou o equilíbrio entre a distância de transmissão e o consumo de energia. Ela não só pode alcançar a transmissão de longa distância, mas também tem as vantagens de baixo consumo de energia e baixo custo. A rede LoRa é formada como mostra a figura abaixo. Os nós remotos podem se conectar ao servidor de rede back-end por meio de vários gateways, fazer upload de dados e enviá-los para a nuvem ou servidor. Na rede LoRa, cada nó não está conectado entre si. Ele deve primeiro estar conectado ao gateway antes de poder se conectar ao host central, ou transmitir dados para outro nó através do host central. As mensagens dos nós terminais podem ser transmitidas para vários gateways ao mesmo tempo, e as mensagens também podem ser estendidas através de pontes entre gateways.
Composição da rede LoRa
A rede LoRa é composta principalmente de quatro partes: terminal (pode ter módulo LoRa embutido), gateway (ou estação rádio-base), servidor e nuvem. Os dados da aplicação podem ser transferidos em ambas as direcções.
LoRa Alliance A LoRa Alliance é uma organização aberta, sem fins lucrativos, liderada pela Semtech em março de 2015. Seus membros fundadores incluem a francesa Actility, a chinesa AUGTEK e a Royal Dutch Telecom kpn. Em menos de um ano, a aliança desenvolveu mais de 150 empresas membros, incluindo muitos fabricantes de peso, como a IBM, a Cisco e a Orange de França. Existe um grande número de empresas em cada elo da cadeia industrial (fabricantes de hardware de terminais, fabricantes de chips, fabricantes de módulos de gateway, fabricantes de software, integradores de sistemas, operadores de rede). A abertura desta tecnologia torna a concorrência e a cooperação mais difíceis. A adequação promoveu o rápido desenvolvimento e a prosperidade ecológica de LoRa.
Características técnicas do LoRa
(1) Sensibilidade -148dBm, distância de comunicação >15km;
(2) Custos mínimos de infraestrutura, utilizando gateways/concentradores para expandir a capacidade do sistema
(3) Vida útil da bateria >5 anos, corrente de receção 10mA, corrente de repouso <200nA
(4) Banda de frequência sem licença, baixo custo para nós/terminais
Vantagens da tecnologia LoRa
(1) Longa distância, a distância de transmissão pode atingir 8 km, área ampla
(2) Fácil de construir e de utilizar, pode ser instalado e utilizado na maior parte dos locais.
(3) Baixo consumo de energia e longa duração da bateria
(4) Baixo consumo de energia e longa duração da bateria. O preço do terminal LoRa é de cerca de 100-200.
Desvantagens técnicas do LoRa
(1) Interferência no espetro: Com o aumento do número de dispositivos e redes LoRa, há interferência de espetro entre eles.
(2) A rede deve ser construída de novo
(3) A tecnologia está demasiado concentrada: A tecnologia LoRa está demasiado concentrada na Semtech, o que não favorece o desenvolvimento do sector
Protocolo LoRaWAN [alargado
LoRaWAN é um padrão de rede de área ampla de baixa potência (LPWAN) baseado no protocolo de camada MAC de código aberto lançado pela LoRa Alliance. Esta tecnologia pode fornecer redes locais, nacionais ou globais para dispositivos sem fios alimentados por bateria. A LoRaWAN visa algumas necessidades fundamentais da Internet das Coisas, como a comunicação bidirecional segura, a comunicação móvel e os serviços de identificação de localização estática. Esta tecnologia permite uma interoperabilidade perfeita entre dispositivos inteligentes sem a necessidade de uma configuração local complexa, dando aos utilizadores, programadores e empresas no domínio da IoT direitos de funcionamento livres.
A arquitetura da rede LoRaWAN é uma topologia típica em estrela. Nesta arquitetura de rede, o gateway LoRa é um relé de transmissão transparente que conecta o dispositivo terminal e o servidor central back-end. O gateway e o servidor são conectados através de IP padrão, e o dispositivo terminal usa um único salto para se comunicar com um ou mais gateways. Há comunicação bidirecional entre todos os nós e gateways, e operações como actualizações da nuvem também são suportadas para reduzir o tempo de comunicação na nuvem.
A comunicação entre o terminal e o gateway é efectuada com base em diferentes frequências e débitos de transmissão de dados. A seleção da velocidade de transmissão de dados exige um compromisso entre a distância de transmissão e o atraso da mensagem. Devido ao uso da tecnologia de espalhamento espetral, comunicações com diferentes taxas de transmissão não interferem entre si, e um conjunto de bandas de frequência "virtualizadas" será criado para aumentar a capacidade do gateway. A taxa de transmissão de dados da LoRaWAN varia de 0,3 kbps a 37,5 kbps. Para maximizar a vida útil da bateria do dispositivo terminal e a capacidade total da rede, o servidor da rede LoRaWAN controla a taxa de transmissão de dados e cada vez através de um esquema de taxa de dados adaptável (ADR). A potência de saída de radiofreqüência de um dispositivo terminal. A rede de área ampla com cobertura nacional tem como alvo aplicações de IoT como a construção de infra-estruturas críticas, transmissão de dados pessoais confidenciais ou serviços públicos sociais. Em relação à comunicação segura, a LoRaWAN geralmente usa criptografia multicamadas para resolver o problema: 1. chave de rede única (EU164) para garantir a segurança da camada de rede; 2. chave de aplicação única (EU164) para garantir a segurança da comunicação terminal-terminal da camada de aplicação; 3. a chave especial (EUI128) pertencente ao dispositivo. A rede LoRaWAN divide os equipamentos terminais em três categorias: A/B/C de acordo com as diferentes aplicações actuais: Classe A: equipamento terminal de comunicação bidirecional. Este tipo de equipamento terminal permite a comunicação bidirecional, sendo que a transmissão a montante de cada equipamento terminal é acompanhada por duas janelas de receção a jusante. A janela de transmissão do dispositivo terminal baseia-se nas suas próprias necessidades de comunicação e a sua afinação baseia-se numa base temporal aleatória (protocolo ALOHA). Os equipamentos terminais pertencentes à classe A têm o menor consumo de energia durante a aplicação. Depois de o terminal enviar um sinal de transmissão de ligação ascendente, o servidor pode efetuar rapidamente a comunicação de ligação descendente. Em qualquer altura, a comunicação de ligação descendente do servidor só pode seguir a comunicação de ligação ascendente.
Aplicações típicas de Lora
Campo petrolífero inteligente
Os campos petrolíferos inteligentes utilizam vários dispositivos de deteção de medições em linha e em tempo real, tais como vários instrumentos e outros dispositivos de deteção de informações instalados em poços de petróleo e gás, oleodutos, equipamento de processamento, transformação, armazenamento e transporte de petróleo e gás, para se ligarem à rede da empresa ou à Internet, uma rede de intercâmbio de informações e de comunicação para conseguir uma identificação, posicionamento, rastreio, monitorização e gestão inteligentes
Acompanhamento logístico
Um requisito importante para o seguimento ou posicionamento no mercado é a duração da bateria do terminal. O seguimento logístico pode servir como um exemplo prático de implantação híbrida. As empresas de logística podem implantar redes nos locais necessários de acordo com as necessidades de posicionamento, que podem ser em armazéns ou veículos de transporte. Nesse momento, estações rádio-base portáteis são úteis. LoRa pode fornecer essa solução de implantação. Ao mesmo tempo, LoRa tem a caraterística de que a comunicação é relativamente mais estável quando se move em altas velocidades. LoRa é mais adequado para rastreamento logístico.
Água inteligente
Os assuntos hídricos inteligentes detectam o estado de funcionamento dos sistemas urbanos de abastecimento de água e de drenagem em tempo real através de equipamento de monitorização em linha, como registadores digitais, redes sem fios e medidores de pressão e de qualidade da água, e utilizam um método visual para integrar organicamente os departamentos de gestão da água e as instalações de abastecimento de água e de drenagem para formar a "Internet das Coisas dos Assuntos Hídricos Urbanos", e podem realizar uma análise e um processamento atempados de informações maciças sobre assuntos hídricos, e produzir os resultados de processamento correspondentes para ajudar na tomada de decisões e na apresentação de sugestões, e gerir todo o processo de produção, gestão e serviço do sistema de assuntos hídricos de uma forma mais refinada e dinâmica, alcançando assim um estado "inteligente" .
Agricultura inteligente
Para a agricultura, são urgentemente necessários sensores de baixa potência e baixo custo. A aplicação de sensores como os de temperatura e humidade, dióxido de carbono e salinidade é de grande importância para aumentar os rendimentos agrícolas e reduzir o consumo de água. Esses sensores precisam carregar dados regularmente. LoRa é muito adequado para esses cenários.
Edifício inteligente
Para a renovação de edifícios, são adicionados sensores como a monitorização da temperatura e da humidade, da segurança, dos gases nocivos e do fluxo de água e as informações de monitorização são carregadas regularmente, o que facilita a supervisão dos gestores e torna-a mais conveniente para os utilizadores. De um modo geral, a comunicação destes sensores não precisa de ser particularmente frequente ou de garantir uma qualidade de serviço particularmente boa, e um gateway doméstico portátil pode satisfazer as necessidades. Por isso, LoRa é uma escolha mais adequada neste cenário.