Лора
 Модуль Лора | |
| Разработано | Циклео , Семтех |
|---|---|
| Тип разъема | SPI/I2C |
| Совместимое оборудование | SX1261, SX1262, SX1268, SX1272, SX1276, SX1278 |
| Физический диапазон | >10 километров (6,2 миль) в идеальных условиях |
LoRa (от «дальнего радиуса действия») — это запатентованная физическая технология радиосвязи . [1] Он основан на с расширенным спектром методах модуляции , полученных на основе технологии расширения спектра с частотной модуляцией (CSS). [2] Он был разработан компанией Cycleo, Гренобль, Франция , и запатентован в 2014 году. [3] Позднее Cycleo была приобретена компанией Semtech . [4]
LoRaWAN ( глобальная сеть ) определяет протокол связи и архитектуру системы. LoRaWAN — это официальный стандарт Международного союза электросвязи (ITU), ITU-T Y.4480. [5] Дальнейшим развитием протокола LoRaWAN управляет открытый некоммерческий альянс LoRa Alliance, одним из основателей которого является компания Semtech.
Вместе LoRa и LoRaWAN определяют маломощный глобальный сетевой протокол (LPWA), предназначенный для беспроводного подключения устройств с батарейным питанием к Интернету в региональных, национальных или глобальных сетях и ориентированный на ключевые требования Интернета вещей (IoT), такие как двунаправленная связь , сквозная безопасность, услуги мобильности и локализации. Низкое энергопотребление , низкая скорость передачи данных и использование Интернета вещей отличают этот тип сети от беспроводной глобальной сети , которая предназначена для подключения пользователей или предприятий и передачи большего объема данных с использованием большей мощности. Скорость передачи данных LoRaWAN варьируется от 0,3 кбит/с до 50 кбит/с за канал. [6]
| Интернет вещей (IoT) |
|---|
| Общие понятия |
| Протоколы связи |
Функции
[ редактировать ]LoRa использует безлицензионные субгигагерцевые радиочастотные диапазоны EU868 ( 863–870/873 МГц ) в Европе ; AU915/AS923-1 (915–928 МГц) в Южной Америке ; US915 (902–928 МГц) в Северной Америке ; IN865 (865–867 МГц) в Индии ; и AS923 (915–928 МГц) в Азии ; [7] LoRa обеспечивает передачу на большие расстояния с низким энергопотреблением. [8] Эта технология охватывает физический уровень , в то время как другие технологии и протоколы, такие как LoRaWAN (глобальная сеть большого радиуса действия), охватывают верхние уровни. Он может достигать скорости передачи данных от 0,3 до 27 кбит/с, в зависимости от коэффициента расширения. [9]
LoRa — одна из самых популярных технологий беспроводной сенсорной сети с низким энергопотреблением для реализации Интернета вещей, предлагающая связь на большом расстоянии по сравнению с такими технологиями, как Zigbee или Bluetooth, но с более низкими скоростями передачи данных. [10]
Устройства LoRa имеют геолокации возможности , используемые для трилатерации положения устройств с помощью временных меток от шлюзов. [11]
Лора PHY
[ редактировать ]LoRa использует запатентованную модуляцию с расширенным спектром, которая аналогична модуляции с расширенным спектром (CSS) и является ее производной. Каждый символ представлен циклически сдвинутым чирпом в частотном интервале ( ) где центральная частота и полоса пропускания сигнала (в Герцах). Коэффициент расширения (SF) — это выбираемый радиопараметр от 5 до 12. [12] и представляет количество битов, отправленных на символ, и, кроме того, определяет, насколько информация распространяется во времени. [2] Есть разные начальные частоты циклически сдвинутого чирпа (мгновенная частота линейно увеличивается и преобразуется в когда он достигнет максимальной частоты ). [13] Скорость передачи символов определяется . LoRa может жертвовать скоростью передачи данных ради чувствительности (при условии фиксированной полосы пропускания канала). ), выбрав SF, т.е. величину используемого спреда. Более низкий SF соответствует более высокой скорости передачи данных, но худшей чувствительности; более высокий SF подразумевает лучшую чувствительность, но более низкую скорость передачи данных. [14] По сравнению с более низким SF, отправка того же объема данных с более высоким SF требует большего времени передачи, известного как время в эфире. Больше времени в эфире означает, что модем осуществляет передачу в течение более длительного времени и потребляет больше энергии. Типичные модемы LoRa поддерживают мощность передачи до +22 дБм. [12] Однако правила соответствующей страны могут дополнительно ограничивать разрешенную мощность передачи. Более высокая мощность передачи приводит к более высокой мощности сигнала в приемнике и, следовательно, к более высокому бюджету канала, но за счет потребления большего количества энергии. Существуют исследования производительности LoRa с точки зрения энергопотребления, расстояний связи и эффективности доступа к среде. [15] По данным портала развития LoRa, дальность действия LoRa может составлять до 3 миль (4,8 км) в городских районах и до 10 миль (16 км) и более в сельской местности (прямая видимость). [16]
Кроме того, LoRa использует кодирование с прямым исправлением ошибок для повышения устойчивости к помехам. Широкий диапазон LoRa характеризуется высоким бюджетом беспроводной связи , составляющим от 155 до 170 дБ. [17] Расширители диапазона для LoRa называются LoRaX.
ЛоРаВАН
[ редактировать ]Поскольку LoRa определяет нижний физический уровень, верхние сетевые уровни отсутствовали. LoRaWAN — это протокол, разработанный для определения верхних уровней сети. LoRaWAN — это облачный протокол уровня управления доступом к среде (MAC), но он действует в основном как протокол сетевого уровня для управления связью между LPWAN шлюзами и устройствами конечных узлов, а также как протокол маршрутизации, поддерживаемый LoRa Alliance.
LoRaWAN определяет протокол связи и системную архитектуру сети, а физический уровень LoRa обеспечивает канал связи на большие расстояния. LoRaWAN также отвечает за управление частотами связи, скоростью передачи данных и питанием для всех устройств. [18] Устройства в сети являются асинхронными и передают данные, когда у них есть данные для отправки. Данные, передаваемые устройством конечного узла, принимаются несколькими шлюзами, которые пересылают пакеты данных на централизованный сетевой сервер. [19] Затем данные пересылаются на серверы приложений. [20] [21] Эта технология показывает высокую надежность при умеренной нагрузке, однако имеет некоторые проблемы с производительностью при отправке подтверждений. [22]
CSMA для LoRaWAN
[ редактировать ]В беспроводной связи, особенно в приложениях Интернета вещей, предотвращение коллизий имеет важное значение для надежной связи и общей спектральной эффективности. Ранее LoRaWAN полагался на ALOHA в качестве протокола уровня управления доступом к среде (MAC), но для улучшения этого была разработана Техническая рекомендация TR013 LoRa Alliance. [23] представил CSMA-CA , который не умаляет отличительные преимущества модуляции LoRa, такие как ортогональность коэффициента расширения, [15] и возможность связи с уровнем шума ниже минимального . [15] Использование метода CSMA на основе САПР, указанного в TR013. [23] преодолевает ограничения, связанные с использованием датчиков на основе мощности полученного сигнала (RSS), которые не могут поддерживать два упомянутых преимущества модуляции LoRa. Таким образом, внедрение TR013 повышает эффективность использования спектра LoRaWAN и обеспечивает более надежную связь устройств, в том числе в перегруженных средах. [23] TR013 основан на LMAC. [24] и это первое сотрудничество LoRa Alliance между промышленностью и научными кругами, в результате которого была выдана Техническая рекомендация. [25] [26]
История версий
[ редактировать ]- Январь 2015: 1,0 [27] [28]
- Февраль 2016: 1.0.1 [29]
- Июль 2016: 1.0.2 [30]
- Октябрь 2017: 1.1, добавлен класс B. [31]
- Июль 2018: 1.0.3 [32]
- Октябрь 2020: 1.0.4 [33]
Лора Альянс
[ редактировать ]LoRa Alliance — это открытая некоммерческая ассоциация, заявленная миссия которой — поддерживать и продвигать глобальное внедрение стандарта LoRaWAN для крупномасштабного развертывания IoT, а также развертывания в удаленных или труднодоступных местах.
Участники сотрудничают в динамичной экосистеме производителей устройств, поставщиков решений, системных интеграторов и сетевых операторов, обеспечивая совместимость, необходимую для масштабирования Интернета вещей по всему миру, используя общедоступные, частные, гибридные и общественные сети. Ключевыми направлениями деятельности Альянса являются «умное сельское хозяйство», «умные здания», «умные города», «умная промышленность», «умная логистика» и «умные коммунальные услуги».
В число ключевых участников LoRa Alliance входят Actility, Amazon Web Services , Cisco . Everynet, Helium , Kerlink, MachineQ, a Comcast Company, Microsoft , MikroTik , Minol Zenner, Netze BW, Semtech, Senet, STMicroelectronics , TEKTELIC и The Things Industries. [34] В 2018 году в LoRa Alliance входило более 100 операторов сети LoRaWAN в более чем 100 странах; в 2023 году их будет около 200, обеспечивающих покрытие почти во всех странах мира. [35]
См. также
[ редактировать ]- DASH7 — популярная открытая альтернатива LoRa
- IEEE 802.11ah — непатентованный стандарт малой мощности и дальнего действия.
- CC430 — микроконтроллер и SoC радиочастотного приемопередатчика с частотой менее 1 ГГц.
- NB-IoT — Узкополосный Интернет вещей
- LTE Cat M1 – технология сотовых устройств
- MIoTy — технология LPWAN субГГц для сенсорных сетей
- SCHC — статическое сжатие заголовка контекста
- Устройство ближнего действия – Класс радиопередатчика
- Helium (криптовалюта) — протокол LoRaWAN в сочетании с технологией блокчейна.
- Amazon Sidewalk — ячеистая беспроводная сеть, разработанная Amazon.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Что такое Лора?» . Семтех . Проверено 21 января 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Основы модуляции LoRa» (PDF) . Семтех . Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2019 г. Проверено 5 февраля 2020 г.
- ^ US 9647718 , «Метод беспроводной связи», выдан 9 мая 2017 г.
- ^ «Semtech приобретает поставщика беспроводных IP-услуг дальнего действия Cycleo» . Проектирование и повторное использование . Проверено 17 октября 2019 г.
- ^ «LoRaWAN® признан Международным стандартом ITU LPWAN» . eenewswireless . 8 декабря 2021 г. Проверено 31 декабря 2021 г.
- ^ Ферран Аделантадо, Ксавье Вилахосана, Пере Тусет-Пейро, Борха Мартинес, Хоан Мелиа-Сеги и Томас Ваттейн. Понимание ограничений LoRaWAN (январь 2017 г.).
- ^ «RP002-1.0.3 Региональные параметры LoRaWAN» (PDF) . lora-alliance.org . Проверено 9 июня 2021 г.
- ^ Рамон Санчес-Иборра; Хесус Санчес-Гомес; Хуан Бальеста-Виньяс; Мария-Долорес Кано; Антонио Ф. Скармета (2018). «Оценка эффективности LoRa с учетом сценарных условий» . Датчики . 18 (3): 772. Бибкод : 2018Senso..18..772S . дои : 10.3390/s18030772 . ПМЦ 5876541 . ПМИД 29510524 .
- ^ Продвинутый, Ферран; Вилахосана, Ксавьер; Тусет-Пейро, Пере; Мартинес, Борха; Мелиа-Сеги, Джоан; Уоттейн, Томас (2017). «Понимание ограничений LoRaWAN». Журнал коммуникаций IEEE . 55 (9): 34–40. дои : 10.1109/mcom.2017.1600613 . hdl : 10609/93072 . ISSN 0163-6804 . S2CID 2798291 .
- ^ Микаэль Коутиньо; Хосе А. Афонсо; Серджио Ф. Лопес (2023). «Эффективная адаптивная архитектура канального уровня для сетей LoRa» . Будущий Интернет . 15 (8): 273. дои : 10.3390/fi15080273 . hdl : 1822/87237 .
- ^ Фаргас, Бернат Карбонес; Петерсен, Мартин Нордал. «Геолокация без GPS с использованием LoRa в глобальных сетях с низким энергопотреблением» (PDF) . Библиотека ДТУ .
- ^ Перейти обратно: а б «Технический паспорт SX1261/2» . Семтек SX1276 . Семтех . Проверено 19 ноября 2021 г.
- ^ М. Кьяни; А. Эльзанатий (2019). «О модуляции LoRa для Интернета вещей: свойства формы сигнала и спектральный анализ». Журнал IEEE Интернета вещей . 6 (5): 772. arXiv : 1906.04256 . дои : 10.1109/JIOT.2019.2919151 . hdl : 10754/655888 . S2CID 184486907 .
- ^ Койтек. «Как фактор распространения влияет на срок службы батареи устройства LoRaWAN» . Сеть вещей . Проверено 25 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Джей Си Лиандо; А. Гамаж; А. В. Тенгуртиус; М. Ли (2019). «Известные и неизвестные факты о LoRa: опыт крупномасштабного исследования». Транзакции ACM в сенсорных сетях . 15 (2): Статья № 16, стр. 1–35. дои : 10.1145/3293534 . hdl : 10356/142869 . ISSN 1550-4859 . S2CID 53669421 .
- ^ «Что такое LoRa® и LoRaWAN®?» . Портал разработчиков LoRa . Проверено 7 июля 2021 г.
- ^ Мохан, Вивек. «10 фактов о LoRaWAN и NB-IoT» . blog.semtech.com . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «LoRaWAN для разработчиков» . www.lora-alliance.org . Проверено 23 ноября 2018 г.
- ^ «Комплексный взгляд на LPWAN для инженеров Интернета вещей и лиц, принимающих решения» . www.link-labs.com . Проверено 22 июня 2017 г.
- ^ Лора Альянс (2015). «ЛоРаВАН: Что это?» (PDF) .
- ^ Пример передачи данных конечным устройством LoRaWan IoT. Используемая платформа Cloud Studio : https://gear.cloud.studio/gear/monitor/shared-dashboard/88c96030a42c4a1fa2669286a6bde321.
- ^ Банков Д.; Хоров Е.; Ляхов, А. (ноябрь 2016 г.). «О пределах доступа к каналу LoRaWAN». 2016 Международная конференция по технике и телекоммуникациям (EnT) . стр. 10–14. дои : 10.1109/ent.2016.011 . ISBN 978-1-5090-4553-2 . S2CID 44799707 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Включение CSMA для LoRaWAN TR013-1.0.0» . Лора Альянс . Проверено 5 ноября 2023 г.
- ^ Гамаге, Амалинда; Лиандо, Янсен; Гу, Чаоцзе; Тан, Руи; Ли, Мо; Продавец, Оливье (31 мая 2023 г.). «LMAC: эффективный множественный доступ с контролем несущей для LoRa» . Транзакции ACM в сенсорных сетях . 19 (2): 1–27. дои : 10.1145/3564530 . ISSN 1550-4859 .
- ^ Джатун, Гамаге Исуру Амалинда (2023). Оптимизация использования спектра LPWAN (Диссертация). Наньянский технологический университет. дои : 10.32657/10356/172897 .
- ^ ЛоРа Альянс (01 февраля 2024 г.). LoRaWAN® CSMA для минимизации воздушных столкновений . Проверено 13 июля 2024 г. - через YouTube.
- ^ «Спецификация LoRaWAN» (PDF) . lora-alliance.org . Проверено 5 февраля 2020 г.
- ^ Выпущена версия 1.0 спецификации LoRaWAN .
- ^ «Спецификация LoRaWAN» . lora-alliance.org . Проверено 2 февраля 2021 г.
- ^ «Спецификация LoRaWAN» (PDF) . lora-alliance.org . Проверено 5 февраля 2020 г.
- ^ «Спецификация LoRaWAN™ 1.1» (PDF) . lora-alliance.org . Проверено 5 февраля 2020 г.
- ^ «Спецификация LoRaWAN 1.0.3» (PDF) . lora-alliance.org . Проверено 5 февраля 2020 г.
- ^ «Спецификация LoRaWAN 1.0.4» . lora-alliance.org . Проверено 25 ноября 2020 г.
- ^ «Справочник участников | Альянс LoRa» . lora-alliance.org . Проверено 22 мая 2023 г.
- ^ «LoRa Alliance преодолел рубеж в 100 операторов сети LoRaWAN» . Электронные продукты и технологии . 25 января 2019 г. Проверено 11 февраля 2019 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Оливье Бернар Андре Селлер. «Способ беспроводной связи» Патент США №9647718. 9 сентября 2015 г.
- Ли, Чан Джэ, Ки Сон Рю и Бым Джун Ким. «Периодическое определение дальности в системе беспроводного доступа для мобильной станции, находящейся в спящем режиме». Патент США № 7194288. 20 марта 2007 г.
- Госля, Сакшама (17 апреля 2019 г.). «Как создавать символы LoRa» . Все о LoRa и LoRaWAN .
- Куигли, Томас Дж. и Тед Рабенко. «Уменьшение задержки в системе связи». Патент США № 7 930 000. 19 апреля 2011 г.
- Банков Д.; Хоров Е.; Ляхов А. «О пределах доступа к каналам LoRaWAN» . Международная конференция по технике и телекоммуникациям (EnT), 2016 г .: 10–14.
- Сеневиратне, Прадика. «Начало радиосетей LoRa с Arduino — создание беспроводных сетей IoT с большим радиусом действия и низким энергопотреблением». Апресс, 2019, электронная книга ISBN 978-1-4842-4357-2 , мягкая обложка ISBN 978-1-4842-4356-5 , Ред: 1