Mens trådløs kommunikasjon utvilsomt er nyttig i prosjekter, forsvinner vanlige trådløse protokoller som WiFi og Bluetooth etter bare et antall meter, noe som er irriterende når prosjektet ditt er installert i midten av ingensteds. Å flytte til en LTE-basert eller lignende mobilløsning kan hjelpe med rekkevidden, men dette hjelper ikke når det er dårlig mobildekning, og det har en tendens til å bruke mer strøm. Heldigvis, for lavbitrate, laveffekts wide-area-nettverk (LPWAN) som f.eks. sensornettverk, er det en vanlig løsning i form av LoRaWAN, som i long-range wide area network (WAN).
Den proprietære Lora RF-modulasjonsteknikk som ligger til grunn for LoRaWAN er basert på Chirp Spread Spectrum (CSS). Denne modulasjonsteknikken er svært motstandsdyktig mot kanalstøy og fading samt Doppler-forskyvning, noe som gjør at den kan sende med relativt lav effekt over lange avstander. LoRaWAN bygger på toppen av det fysiske laget levert av LoRa for deretter å lage protokollen som enheter deretter kan bruke for å kommunisere med andre LoRa-enheter.
Med tillatelse fra globale LoRaWAN-gateway og programvareleverandører som f.eks Tingindustrien og ThingSpeak, er det mulig selv som hobby å sette opp et LoRaWAN-drevet sensornettverk med minimale kostnader. La oss ta en titt på nøyaktig hva som er involvert i å sette opp LoRaWAN-enheter, og hvilke mulige alternativer til LoRaWAN kan vurderes.
Ingen gratis RF-lunsj
Når det gjelder å velge riktig trådløs kommunikasjonsprotokoll for et prosjekt, er det viktig å huske på at man kan velge hvilke som helst av følgende høy båndbredde, lang avstand, lang batterilevetid. Dette bevises for eksempel av hvor utrolig raskt ens smarttelefon tømmer batteriet når den øker gigabyte-overføringer over 5G mmWave, mens Zigbee klarer små 250 kb/s, men kan operere i månedsvis på en myntcelle, eller for alltid ved hjelp av energihøsting .
LoRaWAN har en best-case datagjennomstrømningshastighet (Adelantado et al., 2017) på noen titalls kilobits per sekund, avhengig av spredningsfaktoren (SF). Her er SF i hovedsak forholdet for hvor raskt det overførte signalet sendes: en høyere SF (opptil 12) betyr en langsommere overføring og dermed lavere båndbredde (<1 kbps), men med økt pålitelighet. En lavere SF (ned til 7) betyr at signalet sendes raskere, dermed med høyere båndbredde, men med mulig tap av pålitelighet.
LoRaWAN støtter paritetsbiter, som hver femte bit, og LoRaWAN-endeenheter ('motes') venter vanligvis på en bekreftelse fra gatewayen slik at de kan sende på nytt i tilfelle et tidsavbrudd. Likevel, avhengig av miljøet, kan meldinger gå tapt på grunn av interferens, hindringer og konkurrerende motes som sender data.
LoRa oppnår sin langdistanseytelse som nevnt ved hjelp av CSS, som er en form for spredt spekter signalering, men forskjellig fra frekvenshopping (FHSS) eller direkte sekvens spredt spektrum (DSSS), hvorav sistnevnte ligger til grunn for Zigbee og noen former for WiFi (IEEE 802.11). Der CSS skiller seg er at den ikke bruker noen spesiell koding, bruker en konstant amplitude, men modulerer i frekvensdomenet.
LoRa-signalering kan dermed identifiseres som 'chirps' i RF-spekteret, som enten øker i frekvens ('up-chirp') eller avtar ('down-chip') innenfor et bestemt bånd, enten 125 kHz eller 500 kHz. Disse kan brukes til å lage symboler som deretter brukes til å kode LoRa-rammer, som i bildet nedenfor.
I denne sekvensen ser vi 8 preambel opp-chirp-symboler som identifiserer starten på en LoRa-ramme, etterfulgt av to ned-chirp-synkroniseringssymboler. Disse blir deretter fulgt av nyttelastmeldingen. Den nøyaktige varigheten av hvert symbol er avhengig av den valgte SF.
Legger til det store området
Som nevnt tidligere, er LoRaWAN avhengig av gatewayer for å fungere som grensesnittet mellom LoRa-aktiverte enheter og det bredere Internett, og oversette fra LoRa til en IP-basert protokoll og omvendt. Selskapet bak LoRa (Semtech) dekker detaljene bak dette i sin dokumentasjon. Dette inkluderer sikkerhetsaspektet ved å overføre dataene via LoRaWAN. Forutsatt at sluttenheter er konfigurert med sikkerhetsnøkler, kan all trafikk mellom en sluttenhet og server være fullstendig autentisert og kryptert.
Et annet viktig aspekt med LoRaWAN-endeenheter er enhetsklasser. Her er tre distinkte klasser identifisert, som i stor grad avhenger av kraftbudsjettet deres:
- klasse A: dette er enheter som våkner av og til for å kommunisere med en server, overføre data osv. Dette kan f.eks. være en sensornode.
- klasse B: enheter som samhandler med en server på angitte intervaller, slik at den også kan svare på forespørsler.
- klasse C: i denne kategorien er enheten alltid slått på og kommuniserer alltid.
Bare plugg den inn
På dette tidspunktet bør vi ha en klar idé om hva teknologien bak LoRaWAN innebærer, og hva som skal til for å sette opp en LoRaWAN. Dette reiser spørsmålet om nøyaktig hvor vi vil få en gateway og den andre nødvendige maskinvaren fra. Forutsatt at vi ikke ser på å etablere en kommersiell virksomhet her, har vi fortsatt en rekke enkle alternativer for å komme i gang.
I hovedsak er veien å gå å kjøpe noen hyllevaremoduler for å koble til ens data- eller sensorplattform, og også lage din egen gateway, eller opprette en konto med en av de åpne LoRaWAN-ene som er aktive i målregionen.
Hvis du her skriver inn 'LoRaWAN-modul' i ens søkemotor, får du et valgfritt smørebord, alt fra Semtechs SX1301 til Muratas tilbud eller et av dusinvis av alternativer, tilgjengelig som IC for å integreres i din egen maskinvaredesign, som pluggbar modul eller som hele utviklingskort (f.eks. STM32L0-basert). Hva det beste valget er, vil stort sett avhenge av enhetsklassen og om den er ment å være en sluttenhet eller gateway.
Med det sortert er nok hovedspørsmålet om man skal kjøre sin egen gateway eller ikke. Hvis ja, da ThingSpeak (Rubybasert, GitHub) Og The Things Stack (Go-basert, GitHub) av The Things Industries er to populære alternativer. Hvis det ikke er din jam, eller det ikke er mulig å sette opp gatewayer i området der du har tenkt å distribuere sluttenhetene, kan du registrere deg for å bruke ThingSpeak sitt nettverkeller The Things Network er et alternativ. Dette kommer også med online dashbord, og fjerner behovet for lokalt vertsbasert servermaskinvare.
Ikke det eneste spillet i byen
LoRaWAN er selvfølgelig ikke det eneste alternativet her. Et annet vanlig LPWAN-alternativ er SIGFOX, selv om rekkevidden blant hobbyister på dette tidspunktet er noe begrenset. DASH7 er en interessant, åpen protokoll, som fungerer akkurat som LoRaWAN i ulisensierte band. Semtech selv ser ut til å se DASH7 som utfyllende til LoRaWAN, med DASH7s høyere datahastigheter som gjør den mer anvendelig for visse scenarier. Interessant nok bemerker Semtech at hybrid LoRaWAN- og DASH7-enheter allerede blir distribuert.
Tanken bak dette er at noen ganger er DASH7 mer effektiv å bruke siden den kan fullføre en transaksjon raskere med sin høyere båndbredde, mens andre ganger ender LoRaWAN opp med å være mer energieffektiv. Dette er et aspekt som muligens ofte blir oversett i sammenligninger mellom disse forskjellige LPWAN-teknologiene.
I mellomtiden, Wael Ayoub et al. (2018) identifisere LoRaWAN, DASH7 og NB-IoT som de tre viktigste LPWAN-standardene. NB-IoT (Narrowband IoT) ble utviklet av 3GPP, med den første spesifikasjonen frosset i 2016. I motsetning til de to andre standardene, bruker NB-IoT lisensiert spektrum. Både NB-IoT og LoRaWAN har en lignende rekkevidde, selv om NB-IoT har fordelen av å operere i lisensiert spektrum, noe som betyr potensielt mindre interferens fra de utallige forbrukerenhetene som også opererer i disse båndene.
Innpakning Up
Det er åpenbart mer enn nok alternativer rundt for trådløs kommunikasjon for å dekke et bredt spekter av behov og krav. For øyeblikket ser det ut til at LoRaWAN er det åpenbare LPWAN-valget for hobbyister så vel som for små kommersielle distribusjoner, men DASH7 kan være fornuftig hvis du trenger mer båndbredde.
Den beste delen av alt dette er sannsynligvis hvor enkelt det er for selv de med et beskjedent budsjett å komme i gang med morsomme prosjekter som innebærer å forlate sensor- og aktuatorenheter rundt et stort område, noe som muliggjør spennende alternativer som gårdsautomatisering og overvåking. Hvordan ting vil utvikle seg her de kommende årene vil være vanskelig å si, men med hvor ustoppelig LPWAN ser ut til å være som en del av IoT-bølgen, er det klart at alternativene vil øke i stedet for å reduseres.
Kilde: https://hackaday.com/2022/01/21/casually-chirping-into-the-world-of-lorawan/
- "
- 11
- 2016
- 5G
- 7
- Logg inn
- Handling
- aktiv
- Fordel
- Alle
- tillate
- allerede
- blant
- aktuelt
- AREA
- rundt
- autentisert
- Automatisering
- batteri
- være
- BEST
- Bit
- blåtann
- borde
- Coin
- kommer
- kommersiell
- Felles
- Kommunikasjon
- kommunikasjon
- Selskapet
- databehandling
- forbruker
- kunne
- kreditt
- dato
- utforming
- utviklet
- Utvikling
- enhet
- Enheter
- forskjellig
- avstand
- domene
- ned
- slutter
- energi
- Miljø
- etc
- eksempel
- gård
- FAST
- raskere
- Trekk
- Først
- skjema
- Gratis
- moro
- spill
- Global
- maskinvare
- hjelpe
- her.
- Høy
- Hvordan
- HTTPS
- Hybrid
- Tanken
- identifisere
- IEEE
- bilde
- viktig
- Øke
- økt
- bransjer
- Internet
- involvert
- IOT
- IT
- nøkler
- Licensed
- Begrenset
- lokalt
- Lang
- ser
- Making
- tankene
- Mobil
- overvåking
- måneder
- mer
- nødvendig
- nettverk
- nettverk
- Bråk
- på nett
- åpen
- drift
- Alternativ
- alternativer
- Annen
- ytelse
- fysisk
- plattform
- dårlig
- Populær
- makt
- prosjekt
- prosjekter
- Kjøp
- spørsmål
- hever
- område
- priser
- Krav
- Kjør
- Søk
- søkemotor
- sikkerhet
- forstand
- sett
- innstilling
- skift
- lignende
- liten
- smarttelefon
- So
- Software
- spre
- standarder
- Begynn
- startet
- støtte
- Target
- Technologies
- Teknologi
- verden
- topp
- trafikk
- Transaksjonen
- vente
- Wave
- Hva
- Hva er
- wifi
- Wikipedia
- trådløs
- Trådløs kommunikasjon
- innenfor
- verden
- ville
- år