Модуль LoRa или WiFi: что лучше?

Введение

Вашему проекту требуется более широкий диапазон покрытия, чем может предложить Wi-Fi? Возможности Wi-Fi часто недостаточны для многих устройств Интернета вещей. Это руководство поможет вам сделать выбор. Мы рассмотрим обе технологии параллельно, чтобы помочь вам найти оптимальный модуль LoRa  для ваших нужд. Вы сможете принять взвешенное и обоснованное решение.

Почему стоит выбрать модуль LoRa, а не WiFi?

Вам стоит выбрать модуль LoRa из-за его непревзойденной дальности связи и низкого энергопотребления. В реальных условиях я наблюдал, что Wi-Fi сокращает расстояние и потребляет много энергии, что делает его непрактичным для многих сценариев Интернета вещей. Модуль LoRa, напротив, обеспечивает связь на расстоянии более 15 км и работает на частотах ниже гигагерца.

Технология LoRa также позволяет устройствам работать годами от одной батареи, что я могу подтвердить лично, основываясь на нашем многолетнем опыте. Мы в G-NiceRF  доказали, что наш модуль LoRa с Arduino  — надёжная и недорогая альтернатива Wi-Fi.

Он идеально подходит для больших, плотных сенсорных сетей, требующих исключительной эффективности. Когда вам нужно купить компоненты модуля LoRa для серьёзного проекта, эти факторы действительно важны. Ответ на вопрос о том, что такое модуль LoRa, кроется в его превосходной производительности в сложных условиях.

Основы модуля LoRa!

А.  Технология базовой модуляции и расширенного спектра!

Давайте рассмотрим основы технологии LoRa. Вы увидите, как её индивидуальная модуляция обеспечивает невероятную дальность и надёжность.

1.  Механика расширенного спектра ЛЧМ-сигнала (CSS)

Это ключевой метод, обеспечивающий связь по технологии LoRa. Это продуманный способ передачи очень надёжных сигналов.

§ Линейная частотная модуляция

This technique captures signal information by creating a chirp signal. The radio frequency in the modulation increases or decreases linearly over a set time. This method allows the Semtech LoRa module to engrave signals onto radio waves, which is how we achieve such clear long-distance communication. The SX1278 LoRa module is a great example of this in action.

§High Interference Immunity

LoRa technology is famous for its strong anti-interference performance. Its spread spectrum technology is a huge leap compared to older GFSK and FSK modulations. Therefore, your SX1278 LoRa module Arduino setup tends to work perfectly, in fact, even in systems with many disruptive signals. I've deployed them in noisy industrial environments without a hitch.

§Below -139dBm Noise

Floor Very high sensitivity allows the LoRa module to capture signals that are extremely weak. Most LoRa devices can receive data that is well below the noise floor. For instance, the sensitivity of an LoRa1276 module can be as low as -139dBm.

2. Adaptive Spreading Factors (SF)

This subsection will be about Spreading Factors. These configurations are used to optimize the communication range in relation to the data transfer speed.

§SF7-SF12 Range

The LoRa module operates on spanning factors from SF7 to SF12. The LoRa1276 C1 module can use a low factor like SF7, which results in higher data throughput. Conversely, a high factor like SF12 dramatically increases the range.

§Quasi-Orthogonal Signals

Different spreading factors are nearly orthogonal. This means signals using different SF settings do not interfere with each other. For example, an Adafruit LoRa module gateway can simultaneously receive multiple signals on the same channel.

§Data Rate vs Range

With LoRa, you have a trade-off. A device can achieve longer ranges but with lower data rates. For example, to maximize the LoRa module range, the data rate might need to be set as low as 293 bps.

3. LoRa Data Rate (ADR)

LoRaWAN uses Adaptive Data Rate as a core part of the system. ADR helps optimize the network's performance against the overall power usage of each device.

§Network-Managed Optimization

The network server automatically optimizes the data rate for every device. This improves the performance of the LoRa1276 C1 with no manual changes needed from you.

§Maximizes Battery Life

Devices are able to last over 10 years when optimally used in the field. ADR helps devices spare a significant amount of battery power, in particular when they are closer to a gateway.

§Dynamic Rate Adjustment

Скорость передачи данных изменяется в зависимости от условий подключения. Скорость передачи данных устройства увеличивается при приближении к шлюзу. Этот динамический процесс обеспечивает оптимальную работу модуля ebyte LoRa.

4.  Изменяемая пропускная способность канала связи

Пропускная способность канала связи является ключевым фактором. Она напрямую влияет на скорость передачи данных и чувствительность модуля.

-  Полоса пропускания сигнала 125 кГц:  Полоса пропускания 125 кГц довольно распространена для модулей LoRa. Это обеспечивает хороший баланс между скоростью передачи данных и дальностью действия для многих приложений.

-  Компромисс между пропускной способностью и чувствительностью:  помните, что более высокая пропускная способность немного снижает чувствительность модуля LoRa rylr896. Необходимо найти баланс между потребностями.

-  Сокращение коллизий:  переменная полоса пропускания также помогает снизить количество коллизий сигналов в сети. Это позволяет системе обрабатывать передачи более эффективно.

B.  Рабочие параметры радиочастот!

В этом разделе рассматриваются правила использования радиочастот. LoRa использует различные нелицензируемые диапазоны по всему миру.

1.  Глобальные нелицензируемые диапазоны ISM

Здесь мы сосредоточимся на различных диапазонах частот ISM, которые используются для связи LoRa в разных странах.

§ Европа 868 МГц

В этом регионе наиболее распространённый диапазон LoRa — 868 МГц. Модуль LoRa 868 МГц  относится к диапазону ISM и может использоваться на больших расстояниях. Передатчик модуля LoRa 868 МГц подчиняется местным нормам рабочего цикла.

§ Северная Америка 915 МГц

Для связи в Северной Америке используется диапазон 915 МГц. Он обеспечивает надежное соединение. Мы предлагаем модуль LoRa 915 МГц, сертифицированный FCC  и соответствующий всем местным требованиям к модулю LoRa 915 МГц.

§ Азия 433 МГц

В Азии в основном используется диапазон 433 МГц. Сигнал этой частоты хорошо проникает сквозь конструкции, поэтому модуль LoRa 433 МГц  идеально подходит для многих городских и внутренних проектов. Наш модуль LoRa 433 МГц популярен в этом регионе.

2.  Исключительная чувствительность приемника

В этом разделе анализируется исключительная чувствительность приемника модуля LoRa и то, как она помогает достичь его невероятной дальности.

§ До -148 дБм

Многие модули LoRa способны достичь уровня -148 дБм. Это один из лучших показателей чувствительности приёмников на рынке. Такая возможность обеспечивает уверенный приём даже самых слабых сигналов.

§ Высокий бюджет связи 175 дБ

Это одно из главных преимуществ устройств LoRa, позволяющее пользователям достигать бюджета канала связи до 175 дБ. В сочетании с высокой чувствительностью это гарантирует надёжное соединение для вашего модуля LoRa rak3172.

§ Превосходное проникновение сигнала

Модуль LoRa 433 МГц легко передает сигнал сквозь такие препятствия, как толстые стены и перекрытия. Модули LoRa легко подключаются к этим преградам, сохраняя полную функциональность. Дальность действия модуля LoRa впечатляет даже в помещении.

3.  Регулируемая мощность передачи (Tx)

В этом разделе мы рассмотрим, как регулировать мощность передачи. Это поможет вам оптимизировать работу модуля LoRa с точки зрения дальности связи и времени автономной работы.

§ До +22 дБм

Многие модули поддерживают регулируемую выходную мощность, некоторые, например, модуль LoRa RA-02, достигают +22 дБм. Этого уровня мощности более чем достаточно для организации связи на больших расстояниях.

§ Адаптивное управление мощностью

Сеть также может автоматически регулировать уровень мощности. Эта функция помогает максимально экономить заряд батареи, поддерживая при этом стабильное соединение. Это ключ к длительной и бесперебойной работе.

§ Низкий ток передачи 18 мА

При выходном сигнале +10 дБм ток передачи составляет всего около 18 мА. Это свидетельствует об очень низком энергопотреблении модуля, что делает его идеальным для устройств с питанием от батареек.

C.  Структура данных и протоколы безопасности!

В этом разделе мы сосредоточимся на пакетах данных LoRaWAN, а также рассмотрим меры, используемые для защиты передаваемых данных.

1.  Формирование пакетов LoRaWAN

В этой части проверяется пакет данных в системе LoRaWAN, включая размер его буфера и проверки целостности.

§ 256-байтовый буфер FIFO

Модули LoRa обычно имеют буфер FIFO объёмом 256 байт. Он временно хранит входящие и исходящие пакеты данных. Он помогает управлять потоком данных в модуле Adafruit 32u4 LoRa.

§ Преамбула и заголовок

Каждый пакет LoRa начинается с преамбулы и заголовка. Преамбула позволяет приёмнику синхронизироваться с входящими данными. Заголовок содержит важную информацию о полезной нагрузке модуля LoRa sx1276, например, её размер и скорость кодирования.

§ Целостность полезной нагрузки CRC

Данные защищены циклическим избыточным кодом (CRC). Отправитель вычисляет значение CRC, а получатель его проверяет. Это означает, что ваш модуль LoRa sx1272 автоматически отфильтровывает повреждённые пакеты.

2.  Поддерживаемые сетевые топологии

Здесь вы увидите различные способы организации сети LoRa. Каждый из них имеет свои преимущества для систем Интернета вещей.

§ Архитектура «Звезда звезд»

Обычно LoRaWAN использует топологию «звезда». Конечные устройства взаимодействуют со шлюзами в звездообразной сети. Затем шлюзы отправляют данные на центральный сетевой сервер, который образует вторую звезду. Это ключевой элемент топологии LoRaWAN.

§ Связи типа «точка-точка»

Модуль LoRa также можно использовать для простой связи типа «точка-точка». Это удобно для прямого соединения двух устройств и часто встречается в базовых системах дистанционного управления.

§ Частный протокол LoRa

Многие IoT-приложения используют модули LoRa с приватным протоколом. Это позволяет реализовать индивидуальные функции в сети. Мы даже можем помочь вам определить приватный протокол, соответствующий вашим конкретным потребностям.

3.  Интегрированная безопасность данных

Безопасность сети LoRa основана на нескольких встроенных инструментах. Эти функции защищают вашу сеть от распространённых взломов Интернета вещей.

§ Стандарт шифрования AES128

Модули LoRa используют надёжное шифрование AES128. Данные шифруются от конечного устройства до сервера приложений. Это обеспечивает конфиденциальность и безопасность данных, передаваемых вашим модулем Murata LoRa.

§ Ключи аутентификации устройства

Все устройства должны использовать уникальные ключи аутентификации. Это гарантирует доступ к сети только разрешённым устройствам. Это правило помогает предотвратить спуфинг при использовании модуля LoRa rak811.

§ Сквозная защита

Каждое устройство гарантированно защищено на всех этапах. Данные вашего приложения шифруются на всех этапах — от датчика до сервера приложений. Безопасность — главный приоритет всех наших решений.

D.  Ключевые аппаратные компоненты и интерфейсы!

В этом разделе мы рассмотрим устройство модуля LoRa. Мы рассмотрим основные чипы и используемые интерфейсы.

1.  Основные чипы приемопередатчика Semtech

В основе технологии LoRa лежат мощные модули LoRa, работающие на чипах Semtech. Они обеспечивают высокую эффективность, отвечающую требованиям рынка.

§ SX1262 и SX1268: Когда дело касается эффективности, чипы SX1262 и SX1268 вне конкуренции. Модуль LoRa sX1262 идеально подходит для устройств Интернета вещей с питанием от аккумуляторов благодаря низкому энергопотреблению и высокой чувствительности. Модуль LoRa llcc68 также подходит к этой категории. 

§ SX1276 и SX1278: SX1276 и SX1278 — одни из самых популярных приёмопередатчиков LoRa. Модули LoRa sX1276 и SX1278 доступны по разумной цене и обладают высокой производительностью, что делает их отличным выбором для различных устройств Интернета вещей. Модуль LoRa sX1276 для Arduino — распространённый выбор для разработчиков. 

§ Двухдиапазонный LR1121: Чип LR1121 поддерживает как субгигагерцовый, так и 2,4 ГГц диапазоны, что является ключевой особенностью для глобальных приложений. Мы используем эти чипы в наших самых адаптируемых устройствах LoRa. 

2.  Физические интерфейсы связи

В этом разделе описываются основные физические соединения для подключения модуля LoRa к микроконтроллеру или другому устройству. Распиновка модуля LoRa имеет здесь решающее значение.

§ SPI для трансиверов: большинство модулей трансиверов используют интерфейс SPI. SPI обеспечивает полнодуплексную связь. Это позволяет напрямую обращаться к регистрам чипа LoRa через модуль LoRa stm32. 

§ Последовательная связь UART: многие полнофункциональные модули используют интерфейс UART. Модуль LoRa RYLR998 с интерфейсом UART 868/915 МГц — отличный пример, упрощающий разработку. Модуль LoRa st часто предоставляет такую ​​возможность. 

§ Промышленные интерфейсы RS232/RS485: В сложных промышленных условиях часто используются интерфейсы RS232 и RS485. Их выбирают за способность передавать данные на большие расстояния и максимальную надёжность. 

3.  Высокоточные кварцевые генераторы

Каждый модуль LoRa использует точный источник тактовой частоты для стабильной связи. Во всех наших модулях мы используем высококачественные кварцевые генераторы.

§ Стабильность TCXO 0,5 ppm: температурно-компенсированный кварцевый генератор (TCXO)  со стабильностью 0,5 ppm обеспечивает очень точный источник тактовой частоты даже при изменении температуры. 

§ Пробуждающий кристалл 64 кГц: кварцевый резонатор 64 кГц очень полезен для задач с низким энергопотреблением. Он может вывести микроконтроллер из режима глубокого сна, экономя драгоценный заряд батареи вашего модуля Reyax LoRa. 

§ Малый тепловой дрейф: все компоненты выбираются с учётом малого теплового дрейфа. Это важно для поддержания стабильности параметров связи в широком диапазоне температур. 

E.  Мощные промышленные приложения с LoRa6500Pro!

Наш LoRa6500Pro разработан для самых требовательных промышленных задач. Он обладает невероятной мощностью и передовыми сетевыми функциями.

1.  Максимальная выходная мощность 5 Вт

Этот высокомощный модуль LoRa разработан для приложений, которым требуются максимальная дальность и мощность. Он экономит время и деньги на развертывание дополнительных шлюзов.

§ Мощный передатчик +37 дБм

Этот модуль обеспечивает мощную передачу +37 дБм. Это эквивалентно полной выходной мощности 5 Вт. Мы разработали его для приложений, требующих максимальной дальности и максимальной проникающей способности сигнала.

§ 15 км+ Открытая местность

Благодаря такой высокой мощности дальность связи может достигать более 15 км на открытой местности. Такая экстремальная дальность полезна в сельском хозяйстве или для удалённого мониторинга. Используя такой модуль LoRa мощностью 1 Вт, можно покрыть большие площади с минимальным количеством шлюзов.

§ Широкий диапазон 9–30 В

Модуль работает в диапазоне напряжений от 9 до 30 В, что обеспечивает его бесперебойную работу. Это упрощает его применение в различных промышленных системах электропитания. Наша конструкция гарантирует стабильную работу с широким спектром источников питания.

2.  Расширенная ячеистая сеть с LoRa6500Pro

Вы можете использовать этот модуль, чтобы узнать больше о сетях Mesh . Эта передовая возможность позволяет модулям формировать самовосстанавливающуюся сеть с широким покрытием, не зависящую от расстояния.

§ Функция автоматической маршрутизации

Благодаря возможностям Mesh модули получают возможность самостоятельной маршрутизации. Каждый модуль становится потенциальным маршрутизатором для других. Пакеты данных находят оптимальный маршрут к месту назначения через модуль RYLR998 LoRa.

§ Неограниченный уровень прыжков

With a Mesh network, coverage can be extended with an unlimited number of hops. Each module passes data to the next one, so distance is no longer a constraint. This is a powerful feature we have used to build large, seamless networks.

§Blind-Zone-Free Coverage

A network of multiple modules has no blind zones. This works well for large buildings or complex industrial areas. Reliable communication is possible everywhere with a LoRa module with antenna.

3. Robust Industrial-Grade Design In LoRa6500Pro

This section analyzes the design features that make our module sturdy enough for industrial use.

§Integrated ESD Protection

The module's sensitive electronics are protected with integrated ESD. This protection guards the module against electrostatic discharge. Because we pay great attention to design, you can count on its reliability for industrial automation.

§-40°C To +85°C

These modules have been thoroughly tested across extreme temperature ranges. They will perform reliably whether in a frozen warehouse or a hot factory floor.

§RoHS And Reach Certified

You are assured that our LoRa6500Pro module is certified. We make sure it is compliant with both RoHS and Reach standards for environmental safety.

4. Multi-Level Interface Options In LoRa6500Pro

The different interface levels are described here. They provide flexibility for connecting to various industrial systems.

- TTL Level Support: Microcontrollers can connect with modules easily via TTL. This is a straightforward interface for most embedded applications.

- RS232 Standard: In addition, a standard RS232 serial interface is provided for legacy industrial equipment.

- RS485 For Long Distances: You can use RS485 for wired installations over very long distances. It is a robust standard for industrial networking.

LoRa Module vs. WiFi: A Range Comparison!

This section will compare the communication range of LoRa and WiFi. You will appreciate how LoRa technology triumphs over what WiFi offers for IoT.

· 15-20km Rural: In our rural trials, our modules consistently achieved a range of 15 to 20 km. This is helpful in smart agriculture or environmental monitoring. A single gateway can cover a large expanse of land. A LoRa transmitter and receiver is a great value for your project.

· 2-5km Urban: Our studies show LoRa is best for urban settings, as it can reach 2 to 5 km even with large obstacles. The sub-gigahertz signal penetrates buildings much better than the 2.4 GHz WiFi signal. You can link sensors throughout a smart city and access them using a LoRa module for long range connectivity without needing many access points.

· Deep Penetration: We have deployed sensors in WiFi-inaccessible zones like basements and underground vaults. This is possible due to the excellent signal penetration of a long range LoRa module. These are ideal for smart metering and infrastructure monitoring. The value of a what is LoRa module becomes clear here.

· Single-Hop Wireless: Our networks are designed in a straightforward single-hop manner to improve reliability. End nodes communicate directly to one or more gateways. This approach helps maintain lower latency and reduces points of failure compared to multi-hop Mesh networks. This knowledge helps to explain how LoRa module works.

· Star-Of-Stars Topology: For most large-scale deployments, we encourage a star-of-stars topology for its scalability and robustness. End nodes form a star around gateways. The gateways then connect to the central network server, which is an essential part of the core LoRa topology.

LoRa Module vs. WiFi: Technical Comparison!

Power Consumption Of A LoRa Module!

The key figures below make an incredibly compelling case as to why LoRa reigns supreme for battery-powered devices. The LoRa module power consumption is a major advantage.

· 1.3µA Sleep Current: Our specially designed firmware for the SX1278 LoRa module optimizes for a very low sleep current of 1.3µA. This allows the device to sleep while the Real-Time Clock operates, guaranteeing an extended battery lifespan for your IoT sensors.

· 10+ Year Battery: A single battery lasting over a decade is a feat we have achieved with some of our devices. This is possible due to the low power LoRa module design. This drastically decreases maintenance cost, making it a cheap LoRa module solution in the long run.

· Low 18mA Transmit: When sending signals at +10dBm, we have recorded the transmit current at a low 18mA. This is very efficient even when the device is active. This capacity is crucial for your Bluetooth LoRa module.

· Adaptive Power Level: Battery life is extended due to the automated adaptive power level feature. The system automatically adjusts the device's power based on its distance from the gateway. This makes your LoRa1276 C1 module even more efficient.

·  Прием FSK 4,2 мА: ток в режиме приема FSK очень низок. 4,2 мА — это чрезвычайно малое потребление, которое доказывает, что ваш модуль GPS LoRa может работать с максимальной эффективностью. 

Сравнение энергопотребления модулей LoRa!

5 советов по выбору лучшего модуля LoRa по сравнению с WiFi!

Выбор правильного модуля LoRa для вашего проекта критически важен для успеха. У нас есть 5 советов, которые помогут вам сделать оптимальный выбор.

·  915 МГц Северная Америка: Если ваш проект реализуется в Северной Америке, необходимо выбрать модуль для ISM-диапазона 915 МГц. Это требование законодательства. Мы предлагаем сертифицированный FCC модуль LoRa, чтобы помочь вам подготовить ваш продукт к выходу на рынок. Вы можете быть уверены, что ваш модуль LoRa 915 МГц  готов к работе. 

·  868 МГц Европа: Для развёртывания в Европе правильным выбором будет модуль LoRa 868 МГц. Этот диапазон открыт для использования в сфере Интернета вещей в этом регионе. Мы предлагаем модули с сертификацией CE-RED, гарантирующие полное соответствие вашего модуля LoRa 868. 

·  Выходная мощность +37 дБм: для очень больших расстояний рекомендуется использовать мощный модуль LoRa мощностью +37 дБм. Наш LoRa6500Pro обеспечивает такую ​​мощность 5 Вт. Для самых сложных задач дистанционного управления мы рекомендуем модуль LoRa мощностью 1 Вт, подобный этому. 

·  Сертификация FCC/CE-RED: использование сертифицированного модуля LoRa снижает риски и ускоряет вывод продукта на рынок. Нормативные испытания могут быть сложными и дорогостоящими, если модуль не имеет предварительной сертификации. Варианты модулей LoRa от Microchip также являются разумным решением. 

·  Интерфейс SPI/UART: проще всего работать с модулем LoRa с интерфейсом SPI или UART. Для интеграции с модулем LoRa на Raspberry Pi или LoRa1276 C1 с модулем LoRa наши инженеры предоставляют примеры кода и поддержку, что упрощает процесс. 

Часто задаваемые вопросы!

Мы представляем ответы на популярные вопросы, которые помогут вам расширить знания о технологии LoRa.

Каково расстояние действия модуля LoRa мощностью 22 дБм?

По нашему опыту, модуль мощностью 22 дБм может обеспечить дальность связи 10–15 км в условиях прямой видимости. Коэффициент усиления антенны и рельеф местности могут влиять на общую дальность связи. Наиболее эффективный способ проверки дальности связи LoRa — это тестирование в реальных условиях.

Что такое протокол устройства LoRaWAN класса A?

Устройства класса LoRaWAN класса A — самые экономичные в плане расхода заряда батареи. Мы используем их в большинстве наших сенсорных модулей. Устройства отправляют восходящее сообщение, а затем открывают два коротких окна нисходящего канала для приёма сообщений. Такая структура протокола продлевает время работы от батареи всех устройств LoRaWAN.

Поддерживает ли LoRa диапазоны 2,4 ГГц и ниже ГГц?

Да, некоторые продвинутые чипы LoRa, такие как LR1121, поддерживают как модули LoRa 2,4 ГГц, так и субгигагерцовые диапазоны. Предлагаемые нами двухдиапазонные модули обеспечивают такую ​​гибкость. Субгигагерцовые диапазоны обеспечивают максимальную дальность связи, а 2,4 ГГц — более высокую скорость передачи данных.

Какую скорость передачи данных обеспечивает Spreading Factor 12?

Коэффициент расширения 12 (SF12) обеспечивает наибольшую дальность передачи данных, но самую низкую скорость передачи данных LoRa. Результаты испытаний показывают, что эта скорость составляет около 293 бит/с. Подходит для статических датчиков, которые редко передают небольшие пакеты данных, обеспечивая максимальную дальность передачи в радиочастотной сети LoRa.

Является ли диапазон ISM 868 МГц нелицензируемым в Европе?

Да, в Европе диапазон 868 МГц является нелицензируемым ISM-диапазоном. Именно поэтому мы используем его для наших европейских клиентов. Это означает, что вы можете развернуть свои устройства с модулем LoRa 868 МГц без платы за лицензирование спектра, что делает это решение экономичным.

Заключение

LoRa, безусловно, обеспечивает превосходную дальность связи и очень низкое энергопотребление для проектов Интернета вещей, где Wi-Fi просто не может конкурировать. Теперь вы понимаете ключевые технические различия и можете с уверенностью выбрать лучший модуль LoRa  . Наша команда готова помочь вам найти идеальное решение. Подробнее о наших продуктах можно узнать на сайте G-NiceRF .