Как выбрать модульный продукт LoRa

Модуль LoRa стал восходящей звездой коммуникационной технологии Интернета вещей благодаря своему преимуществу «большого расстояния и низкого энергопотребления». Благодаря своим очевидным преимуществам: большой емкости, глобальным унифицированным стандартам, свободным полосам частот, низкой стоимости и гибкости, как и WiFi, он стал основным выбором «частного Интернета вещей» (NB-IoT, как и GPRS, представляет собой «публичные объекты»). ", "Общественные объекты. Решение Интернета"). Как выбрать наиболее подходящий модульный продукт LoRa, чтобы стать проектом высшего уровня Интернета вещей. По этой причине мы обсуждаем вместе.

1. Строительные элементы

Спрос – источник проекта! Точно так же создание Интернета вещей в первую очередь требует удовлетворения следующих потребностей:

1.1 Расстояние

Из-за характеристик дальнего расстояния основным направлением Интернета вещей LoRa является «звездная сеть», что означает, что расстояние относится к расстоянию связи между самым дальним узлом и шлюзом, как показано на рисунке выше.

При тех же условиях «мощность передачи + скорость связи + антенна» расстояние связи модуля LoRa серьезно зависит от местности и окружающей среды, например: высотные газовые шары достигают 40 км; 2 горные вершины или железная башня. Связь достигает 15 км, а связь на открытой местности достигает открытой местности. Связь достигает открытой местности. 5 км ... Поскольку среда беспроводной связи другая, она может основываться только на «пустом видении»; другие среды должны преобладать.

3 метода при недостаточной дистанции связи:

① Уменьшение скорости связи может повысить чувствительность приема;

② Замените антенну с высоким коэффициентом усиления и отрегулируйте направление антенны;

③ Увеличьте шлюз и эффективно покройте слепые зоны сигнала.

LinkLabs анонсировала метод расчета расстояния сети LoRa. Как показано на рисунке выше, это очень интересно. Перетащите несколько переменных слева, и эффективное расстояние связи будет автоматически рассчитано справа.

Ссылка на этот метод: https://www.link-labs.com/symphony. 

1.2 Масштаб

Масштаб — это популярное выражение «номер узла», который представляет собой переменную, которую легко посчитать.

1.3 Пропускная способность

Пропускная способность здесь, более популярное название — это требование «пропускной способности сети», а ее единица измерения — «бит в секунду».

Например: 100 узлов, каждый узел, 37 байт сообщаются каждые 60 секунд, поскольку протоколу Lorawan обычно необходимо добавить 13 байтов «метаданных» (заголовок кадра и тест), тогда требуемая «пропускная способность» равна:

(37 + 13) x 8 бит/60S x 100 = 667 бит/с

1.4 Потребляемая мощность

Если терминал и датчик (или драйвер) питаются от аккумулятора, важным показателем будет экономия энергии.

Благодаря функции «Синхронный» Lorawanclass A, окончание терминала очень хорошее.

Обычно потребление энергии рассчитывается по формуле «режим + ток + продолжительность».

Если взять в качестве примера узел Лораван компании Rymi, то в различных рабочих режимах энергопотребление будет следующим:

Дормация = 1,6уа, прослушивание = 13мА, запуск (17дБм) = 88мА.

Имеется терминал LORAAWAN и отправка кадра данных занимает около 10 минут, около 1000 мс; по договоренности после отправки его можно разбудить в течение 1 секунды. Время прослушивания составляет 160 мс, время приема — 1000 мс; в другое время они находятся в состоянии сна. За 10 минут (600 секунд) расход энергии следующий:

Отправка: 1000 мс * 88 мА = 88 мА.с.

Прием: 1160 мс * 13 мА = 15,08 мА.с

Состояние покоя: (600-1-1,16) S* 1,6ua = 0,96 мА.с

Средняя потребляемая мощность: (88 +15,08 + 0,96) MA.S/600S = 0,17 мА

Общая электрическая энергия батареек типа АА (Nanfu или Shuanglu) составляет около 2400 мАч, а время работы: 2400 мАч/0,17 мА = 14118 ч = 1,6 года.

1.5 Топология

Когда масштаб сетевых узлов увеличивается, для его поддержки требуется больше шлюзов. При этом будет использоваться соединение уровня сети «многозвездный тип». Подробную информацию см. в разделе «Средний/Большой Лораван» ниже.

1.6 Стоимость

Стоимость – более сложная тема. Помимо формальных затрат (закупка оборудования, развертывание строительства и т. д.), оно имеет и нематериальные затраты (отладка разработки, техническая поддержка и т. д.).

Простой метод расчета затрат — получить все затраты на LoRa IoT (формальная стоимость + нематериальная стоимость). Кроме количества узлов, вы можете получить «единоточечные затраты на строительство».

Существует 2 основных принципа затрат на LORA IoT:

Большое количество: это основной принцип рыночной экономики, который не объясняется.

Зрелость отрасли. На ранней стадии отрасль находится на высоком уровне, поскольку затраты (НИОКР/производство/маркетинг/поддержка и т. д.) не были «разбавлены».

2. Точка-точка (одноклеточное животное)

В реальности система LoRa «точка-точка» имеет небольшое количество сценариев применения, например: использование портативной машины для «наименования» счетчика энергии (счетчик электроэнергии/воды/газа/горячего газа), клапана дистанционного управления и т. д. Конечно, его ограничения очевидны:

1. Нет механизма предотвращения: нет механизма LBT (Listenbeface Talk), если одновременно отправляются 2 или более узлов, радиосигнал будет поврежден и связь прервется;
2. Приемные узлы не могут иметь низкое энергопотребление: принимающие узлы должны в любое время ждать сигнала узла, чтобы перейти в спящий режим;
3. Невозможно автоматически организовать сеть: невозможность разрешения конфликтов и низкое энергопотребление, сеть превратилась в воздушную вышку.

3.TDMA (возраст рыбы)

Если потребности сети соответствуют следующим условиям, вы можете использовать систему Lora-TDMA.

1) Количество узлов небольшое;

2) Существует обычный закон об отчетности и выдаче сообщений;

3) Требования к пропускной способности очень низкие.

Преимущество LoRa-TDMA: низкая стоимость реализации небольших сетей.

В то же время очевидны и его недостатки: пропускная способность сети ограничена, а задержка линейно возрастает с увеличением количества узлов. Как показано на рисунке ниже, когда n = 10, узлу необходимо дождаться сообщения (10 x слот), прежде чем отправлять отчет; когда n = 100, вам нужно подождать время (100 x слот), прежде чем отчет будет разрешен.

4. Маленький Лораван (Эпоха динозавров)

Если количество узлов невелико, но есть требования к реальному времени и пропускной способности, подходящим решением будет выбрать небольшой Lorawan.

Его преимущества: 8 каналов, позволяющие одновременно передавать отчеты о 8 узлах; стандарты унифицированы, и возможно подключение оборудования каждого производителя.

Если вы присмотритесь, вы обнаружите, что в архитектуре Lorawan всегда присутствует сервер Lorawan. Это усложняет ситуацию, хотя облачный сервер может лишь уменьшить сложность.

Маленький Лораван: Локализация сервера

Маленький Лораван: Облако серверов

5. Лораван среднего размера (млекопитающее)

Если вам необходимо улучшить «режим реального времени» или «пропускную способность сети», добавление шлюза LoRaWan является хорошим выбором.

Как показано на рисунке ниже, добавление одного или нескольких шлюзов в сеть LoRaWan не приведет к конфликту. Поскольку у него только один «мозг» — сервер LoRaWan, он будет выполнять следующую «умную» логику:

Отчет для уменьшения избыточности: если пакет получен несколькими шлюзами, Сервер распознает этот «повторяющийся» пакет на основе идентификатора и FCNT только одной из копий.

Выбранный шлюз: сервер всегда выбирает правильный шлюз (часто с «наилучшим уровнем сигнала»), позволяя ему запустить кадр данных.

Lorawan среднего размера: локализация сервера

Lorawan среднего размера: Облако серверов

6. Большой Лораван (Современные люди)

Первоначальное намерение Lorawan — создать IoT «телекоммуникационного уровня» для регионов, стран и мира, что является амбициозным планом.

Как показано на рисунке ниже, с помощью технологии 3G/4G многие шлюзы Lorawan подключены к Серверу; Клиентский сервер обеспечивает массивное хранилище и интеллектуальные вычисления; удобный доступ к данным и взаимодействие для авторизованных терминалов (ПК, смартфонов, планшетов и т. д.).

В настоящее время LoRa и NB-IoT (Китай), EMTC (США), SIGFOX (Франция) и другие решения телекоммуникационного уровня имеют сильную конкуренцию; в то же время он предоставляет ценные решения для создания «крупномасштабного Интернета вещей».

Большой Лораван: сервер локализован

Большой Лораван: Облако серверов