Отчет о технико-экономический анализа технологии LoRaWAN приложенный к собранию данным по электричества/расхода воды

С развитием интернета вещей, много применений IoT имеют небольшие пакеты данных, больший допуск для задержек, и потребность быть раскрытым в широком диапазоне, или расположены в удаленном, подземный и другие тяжело защищаемые места, с существующим беспроводным сообщением или сигналом технологии мобильной телефонной связи не легки для достижения. Для вышеупомянутой проблемы, были начаты международные и маломощные техники связи, совместно названный сеть широкого пространства низкой мощности (LPWAN). LPWAN имеет преимущества потребления низкой мощности, международные, и большое соединение, поэтому соответствующее для применений которые требуют широкого диапазона раскрытия и небольшого количества передачи данных. Очень соответствующее для прикладных требований сбора данных умных счетчиков энергии. LPWAN можно разделить в 2 лагеря: утвержденная частотная полоса и несанкционированная частотная полоса согласно частотной полосе использовали. Нелицензированная технология частотной полосы LPWAN начала предыдущее, и главная технология LoRaWAN.

1. Введение к LoRaWAN

LoRaWAN набор комуникационного протокола и системной архитектуры конструированных для сети междугородной связи LoRa. Оно определяет как данные переданы в сеть LoRaWAN (сеть здесь ссылается на узлы, ворота и серверы), определяет тип сообщения, структуру рамки данных и метод шифрования безопасностью; и вводит специфическую деятельность сети, и объясняет разницу между мастером и невольничьими приборами.

В дизайне протокола и архитектуры сети, LoRaWAN полно рассматривает несколько факторов как расход энергии узла, пропускная способность сети, безопасность и разнообразие применения сети.

2. Архитектура сети LoRaWAN

Диаграмма архитектуры сети LoRaWAN

Архитектура сети LoRaWAN включает 4 части: терминал, базовая станция, NS (сетевой сервер), и сервер программных приложений. Звезда и клетчатые топологии сети использованы между базовыми станциями и терминалами. Должный к международным характеристикам LoRa, передаче одно-хмеля смогите быть использовано между ими. Терминальный узел может отправить во множественные базовые станции в то же время. Базовая станция вперед данные по протокола LoRaWAN между NS и терминалом, и носит данные по LoRaWAN на передаче радиочастоты LoRa и TCP/IP соответственно.

3. Обзор протокола LoRaWAN

3,1 классификация терминальных узлов

По отоношению к техническим данным, тариф передачи LoRaWAN о 30bit/s-50kbit/s, дальность передачи около 2-5 километров в городской местности, и самое длинное может достигнуть 15 километров в пригородах. Оно поддерживает двухстороннюю передачу, и метод передачи зависит от требований к задержки и функции расхода энергии можно разделить в 3 уровня: Базис (класс a), маяк (класс b) и непрерывное (класс c). Класс метод только передаст когда конечное устройство отправляет запрос, расход энергии самые низкие. Он использован в счетчиках воды и газовых счетчиках. Класс c значит непрерывную передачу данных, с самым коротким временем задержки передачи. Класс c вообще использован в электрических счетчиках.

3,2 передача uplink и нисходящего канала терминальных узлов

Это диаграмма последовательности класса uplink и нисходящий канал. В настоящее время, получая окно RX1 вообще начинает 1 второе после uplink, и получая окно RX2 начинает через 2 секунды после uplink.

Класс c и a по существу это же, за исключением того, что когда класс a спит, он раскрывает получая окно RX2.

3,3 метод терминального узла присоединиться к сети

2 пути присоединиться к сети: Над - активацией воздуха (OTAA) и активацией персонализацией (ABP).

Коммерчески сети LoRaWAN вообще следовать процессом активации OTAA, так, что безопасность можно гарантировать. Этому методу нужно подготовить 3 параметра, включая: DevEUI, AppEUI, и AppKey.

DevEUI ID a глобально - уникальный подобный IEEE EUI64, который определяет уникальное конечное устройство. Оно соответствующий к MACу-адрес MAC-адрес прибора.

AppEUI ID a глобально - уникальный подобный IEEE EUI64, который определяет уникальный поставщика применения.

AppKey назначено терминалу владельцем применения.

Терминал начинает «присоединяется к» команде, и NS (сетевой сервер) подтверждает что он правилен, оно ответит к терминалу и назначитьет сетевой адрес DevAddr (трицатидвухразрядный ID). Обе партии используют релевантную информацию в ответе и AppKey сети, производят ключи встречи NwkSKey и AppSKey, которые использованы для того чтобы шифровать и проверить данные.

Если второй экранируя метод (активация ABP) использован, то сразу установите окончательные параметры связи DevAddr, NwkSKey, и AppSKey, и присоединяться к процессу больше не не требует. В этом случае, прибор может отправить данные прикладной программы сразу.

3,4 передача данных и прием

После присоединяться к сети, данные прикладной программы шифрует.

2 типа рамки данным по LoRaWAN: Подтверженный или неподтвержденный, т.е., тип который требует ответа и другого одного которое не требует ответа. Изготовители могут выбрать соотвествующий тип согласно потребностям применения.

К тому же, его можно увидеть от введения что LoRaWAN к разнообразию вспомогательной программы. В дополнение к использованию AppEUI для того чтобы разделить применения, порт применения FPort можно также использовать для обработки данных отдельной во время передачи. Ряд значения FPort (1~223), которое определено прикладным уровнем.

3,5 механизм ADR

Распространяя фактор в модуляции LoRa, и различные распространяя факторы имеют различные дальности передачи и тарифы передачи, и не имеют никакое влияние на передаче данных.

Для того чтобы расширить пропускную способность сети LoRaWAN, механизм приспособления тарифа LoRa (приспособительного тариф-ADR данных) конструирован в протоколе. Приборы с различными дальностями передачи будут использовать самый быстрый тариф данных возможный согласно условиям передачи. Это также делает общую передачу данных более эффективной.

4. Особенности LoRaWAN

LoRaWAN имеет характеристики беспроводной передачи, сильной противоинтерференционной способности, шифровать сообщения, широкого охвата, потребления низкой мощности, большого соединения, и низкой цены.

Международный: LoRa достигает приблизительно дважды расстояния связи клетчатой технологии.

Большая емкость: Много узлов IoT, и сеть LoRaWAN могут легко подключить десятки тысяч узлов.

Легкое расширение емкости: Когда сети LoRaWAN нужно увеличить свою емкость, как раз добавьте ворот.

Безопасность: LoRaWAN двух-шифровать интернет вещей. Соответствующее для применения информации электрического счетчика.

5. Спецификация ворот LoRaWAN

5,1 ворот

5,2 модуль LoRaWAN

Потребление низкой мощности: Самое низкое резервное течение 1.5uA

Высокая чувствительность: Она может достигнуть -139dBm@SF12/125KHz

Противоинтерференционный: Высокопроизводительная связь частоты расширения, и эффективное исправление ошибки интерливинга цикла

Сильная прозорливая способность, свой ряд охвата может достигнуть больше чем 2km.

6. По испытаниям отчет

6,1 испытывать расстояния

На линейном расстоянии 3.7KM от Ухань Radarking Электроники CORP., сила сигнала -94, SNR -6,0, и пакеты данным по встроенной антенны и внешней антенны нормальны.