Лора
Технология беспроводной связи
Лора
Модуль LoRa
РазработаноCycleo, Семтех
Тип разъемаSPI/I2C
Совместимое оборудованиеSX1261, SX1262, SX1268, SX1272, SX1276, SX1278
Физический диапазон>10 километров (6,2 мили) в идеальных условиях

LoRa (от « Long Range ») — это физическая запатентованная технология радиосвязи . [1] Она основана на методах модуляции с расширенным спектром , полученных из технологии расширенного спектра ЛЧМ-сигнала ( CSS). [2] Она была разработана компанией Cycleo из Гренобля, Франция , и запатентована в 2014 году. [3] Позже Cycleo была приобретена компанией Semtech . [4]

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network ) определяет протокол связи и архитектуру системы. LoRaWAN является официальным стандартом Международного союза электросвязи (МСЭ), ITU-T Y.4480. [5] Дальнейшая разработка протокола LoRaWAN осуществляется открытым некоммерческим альянсом LoRa Alliance, одним из основателей которого является Semtech.

LoRa и LoRaWAN вместе определяют сетевой протокол с низким энергопотреблением и широкой областью действия (LPWA), предназначенный для беспроводного подключения устройств с батарейным питанием к Интернету в региональных, национальных или глобальных сетях, и нацеленный на ключевые требования Интернета вещей (IoT), такие как двунаправленная связь , сквозная безопасность, мобильность и локализация услуг. Низкое энергопотребление , низкая скорость передачи данных и использование IoT отличают этот тип сети от беспроводной WAN , которая предназначена для подключения пользователей или предприятий и передачи большего количества данных, используя больше энергии. Скорость передачи данных LoRaWAN составляет от 0,3 кбит/с до 50 кбит/с на канал. [6]

Интернет вещей (IoT)
Общие понятия
Протоколы связи

Функции

LoRa использует безлицензионные субгигагерцовые 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 данных на большие расстояния с низким энергопотреблением. [8] Технология охватывает физический уровень , в то время как другие технологии и протоколы, такие как LoRaWAN, охватывают верхние уровни. Она может достигать скорости передачи данных от 0,3 кбит/с до 27 кбит/с, в зависимости от коэффициента расширения. [9]

LoRa — одна из самых популярных технологий беспроводных сенсорных сетей с низким энергопотреблением для внедрения Интернета вещей, предлагающая связь на больших расстояниях по сравнению с такими технологиями, как ZigBee или Bluetooth, но с более низкой скоростью передачи данных. [10]

Устройства LoRa имеют возможности геолокации , используемые для трилатерации положения устройств с помощью временных меток от шлюзов. [11]

Лора ФИ

LoRa использует фирменную модуляцию с расширенным спектром, которая похожа на модуляцию с расширенным спектром ЛЧМ (CSS) и является ее производной. Каждый символ представлен циклически смещенным ЛЧМ-импульсом в частотном интервале ( ), где — центральная частота и ширина полосы пропускания сигнала (в герцах). Коэффициент расширения (SF) — это выбираемый радиопараметр от 5 до 12 [12] , который представляет собой количество символов, отправленных на бит, и, кроме того, определяет, насколько информация распространяется с течением времени. [2] Существуют различные начальные частоты циклически смещенного ЛЧМ-импульса (мгновенная частота линейно увеличивается и сворачивается до достижения максимальной частоты ). [13] Скорость передачи символов определяется . LoRa может выбирать между скоростью передачи данных и чувствительностью (предполагая фиксированную полосу пропускания канала ), выбирая SF, т. е. величину используемого расширения. 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 больше времени передачи, известного как время в эфире. Большее время в эфире означает, что модем передает дольше и потребляет больше энергии. Типичные модемы LoRa поддерживают мощность передачи до +22 дБм. [12] Однако правила соответствующей страны могут дополнительно ограничивать допустимую мощность передачи. Более высокая мощность передачи приводит к более высокой мощности сигнала на приемнике и, следовательно, к более высокому бюджету линии связи, но за счет потребления большего количества энергии. Существуют измерительные исследования производительности LoRa в отношении потребления энергии, расстояний связи и эффективности доступа к среде. [15] Согласно порталу разработки LoRa, диапазон, обеспечиваемый LoRa, может составлять до 3 миль (4,8 км) в городских районах и до 10 миль (16 км) или более в сельской местности (прямая видимость). [16] ф 0 − Б / 2 , ф 0 + Б / 2 {\displaystyle f_{0}-B/2,f_{0}+B/2} ф 0 {\displaystyle f_{0}} Б {\displaystyle Б} М = 2 С Ф {\displaystyle M=2^{\mathrm {SF} }} ф 0 − Б / 2 {\displaystyle f_{0}-B/2} ф 0 + Б / 2 {\displaystyle f_{0}+B/2} Р с = Б / 2 С Ф {\displaystyle R_{s}=B/2^{\mathrm {SF} }} Б {\displaystyle Б}

Кроме того, LoRa использует кодирование с прямой коррекцией ошибок для повышения устойчивости к помехам. Высокий диапазон LoRa характеризуется высоким бюджетом беспроводной связи около 155 дБ - 170 дБ. [17] Расширители диапазона для LoRa называются LoRaX.

LoRaWAN

Поскольку LoRa определяет нижний, физический, уровень, верхние сетевые уровни отсутствуют. LoRaWAN — это протокол, который был разработан для определения верхних уровней сети. LoRaWAN — это облачный протокол уровня управления доступом к среде (MAC), но действует в основном как сетевой протокол уровня для управления связью между шлюзами LPWAN и конечными устройствами, как протокол маршрутизации, поддерживаемый LoRa Alliance.

LoRaWAN определяет протокол связи и архитектуру системы для сети, в то время как физический уровень LoRa обеспечивает связь 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, доступные для отправки. Данные, переданные 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 у нее есть некоторые проблемы с производительностью при отправке подтверждений. [22]

CSMA для LoRaWAN

В беспроводной связи, особенно в приложениях IoT, предотвращение столкновений 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 Техническая рекомендация TR013 [23] LoRa Alliance представила CSMA-CA , которая не ослабляет отличительные преимущества модуляции LoRa, такие как ортогональность коэффициента расширения [15] и возможность связи ниже уровня шума . [15] Использование метода CSMA на основе CAD, указанного в TR013 [23], преодолевает ограничения, связанные с использованием зондирования на основе полученного сигнала (RSS), которое не способно поддерживать два указанных преимущества модуляции LoRa. Таким образом, реализация 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 является первым результатом сотрудничества между промышленностью и академическими кругами LoRa Alliance, результатом которого стала Техническая рекомендация. [25] [26]

История версий

  • Январь 2015: 1.0 [27] [28]
  • Февраль 2016: 1.0.1 [29]
  • Июль 2016: 1.0.2 [30]
  • Октябрь 2017: 1.1, добавляет класс B [31]
  • Июль 2018: 1.0.3 [32]
  • Октябрь 2020: 1.0.4 [33]

Альянс LoRa

LoRa Alliance — это открытая некоммерческая ассоциация, заявленной миссией которой является поддержка и продвижение глобального внедрения стандарта LoRaWAN для масштабных развертываний Интернета вещей, а также развертываний в удаленных или труднодоступных местах.

Участники сотрудничают в динамичной экосистеме производителей устройств, поставщиков решений, системных интеграторов и сетевых операторов, обеспечивая взаимодействие, необходимое для масштабирования IoT по всему миру, используя публичные, частные, гибридные и общественные сети. Основные направления деятельности Альянса: интеллектуальное сельское хозяйство, интеллектуальные здания, интеллектуальные города, интеллектуальная промышленность, интеллектуальная логистика и интеллектуальные коммунальные услуги.

Ключевые участники LoRa Alliance включают 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 было более 100 операторов сетей LoRaWAN в более чем 100 странах; в 2023 году их будет около 200, что обеспечит покрытие почти в каждой стране мира. [35]

1 октября 2024 года компания Cisco объявила о «выходе из пространства LoRaWAN» без запланированной миграции шлюзов Cisco LoRaWAN. [36]

Смотрите также

  • DASH7 — популярная открытая альтернатива LoRa
  • IEEE 802.11ah — непатентованный стандарт маломощной связи дальнего радиуса действия
  • CC430 — микроконтроллер и однокристальная система радиопередатчика с частотой менее 1 ГГц
  • NB-IoT — узкополосный Интернет вещей
  • LTE Cat M1  – технология сотовых устройств
  • MIoTy — субгигагерцовая технология LPWAN для сенсорных сетей
  • SCHC — статическое сжатие заголовка контекста
  • Устройство ближнего действия  – Класс радиопередатчика
  • Helium (криптовалюта) — протокол LoRaWAN в паре с технологией блокчейн
  • Amazon Sidewalk — беспроводная ячеистая сеть, разработанная Amazon.
  • Meshtastic — популярный открытый сетевой протокол с ячеистой структурой, использующий LoRa

Ссылки

  1. ^ "Что такое LoRa?". Semtech . Получено 21.01.2021 .
  2. ^ ab "LoRa Modulation Basics" (PDF) . Semtech . Архивировано из оригинала (PDF) 2019-07-18 . Получено 2020-02-05 .
  3. ^ US 9647718, «Метод беспроводной связи», выдан 2017-05-09 
  4. ^ "Semtech приобретает поставщика беспроводных IP-сетей дальнего действия Cycleo". Design And Reuse . Получено 17 октября 2019 г.
  5. ^ "LoRaWAN® признан международным стандартом LPWAN МСЭ". eenewswireless . 8 декабря 2021 г. Получено 31 декабря 2021 г.
  6. ^ Ферран Аделантадо, Ксавье Вилахосана, Пере Тусет-Пейро, Борха Мартинес, Хоан Мелиа-Сеги и Томас Ваттейн. Понимание ограничений LoRaWAN (январь 2017 г.).
  7. ^ "RP002-1.0.3 Региональные параметры LoRaWAN" (PDF) . lora-alliance.org . Получено 9 июня 2021 г. .
  8. ^ Рамон Санчес-Иборра; Хесус Санчес-Гомес; Хуан Баллеста-Виньяс; Мария-Долорес Кано; Антонио Ф. Скармета (2018). «Оценка производительности LoRa с учетом условий сценария». Датчики . 18 (3): 772. Bibcode : 2018Senso..18..772S. doi : 10.3390/s18030772 . PMC 5876541. PMID  29510524 . 
  9. ^ Аделантадо, 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.
  10. ^ Микаэль Коутиньо; Жозе А. Афонсо; Серхио Ф. Лопес (2023). «Эффективная адаптивная архитектура уровня канала передачи данных для сетей LoRa». Future Internet . 15 (8): 273. doi : 10.3390/fi15080273 . hdl : 1822/87237 .
  11. ^ Фаргас, Бернат Карбонес; Петерсен, Мартин Нордал. «Геолокация без GPS с использованием LoRa в глобальных сетях с низким энергопотреблением» (PDF) . Библиотека ДТУ .
  12. ^ ab "SX1261/2 Datasheet". Semtech SX1276 . Semtech . Получено 19 ноября 2021 г. .
  13. ^ M. Chiani; A. Elzanaty (2019). «О модуляции LoRa для IoT: свойства формы волны и спектральный анализ». Журнал IEEE Internet of Things . 6 (5): 772. arXiv : 1906.04256 . doi : 10.1109/JIOT.2019.2919151. hdl : 10754/655888 . S2CID  184486907.
  14. ^ Qoitech. "Как фактор распространения влияет на срок службы батареи устройства LoRaWAN". The Things Network . Получено 25.02.2020 .
  15. ^ abc JC Liando; A. Gamage; AW Tengourtius; M. Li (2019). «Известные и неизвестные факты о LoRa: опыт крупномасштабного исследования измерений». ACM Transactions on Sensor Networks . 15 (2): Статья № 16, стр. 1–35. doi : 10.1145/3293534. hdl : 10356/142869 . ISSN  1550-4859. S2CID  53669421.
  16. ^ «Что такое LoRa® и LoRaWAN®?». Портал разработчиков LoRa . Получено 7 июля 2021 г.
  17. ^ Мохан, Вивек. "10 фактов о LoRaWAN и NB-IoT". blog.semtech.com . Получено 18.02.2019 .
  18. ^ "LoRaWAN для разработчиков". www.lora-alliance.org . Получено 23.11.2018 .
  19. ^ «Комплексный взгляд на LPWAN для инженеров и лиц, принимающих решения в области Интернета вещей». www.link-labs.com . Получено 22.06.2017 .
  20. ^ LoRa Alliance (2015). «LoRaWAN: Что это?» (PDF) .
  21. ^ Пример передачи данных конечным устройством LoRaWan IoT. Используемая платформа Cloud Studio: https://gear.cloud.studio/gear/monitor/shared-dashboard/88c96030a42c4a1fa2669286a6bde321
  22. ^ Банков, Д.; Хоров, Е.; Ляхов, А. (ноябрь 2016 г.). «О пределах доступа к каналу LoRaWAN». Международная конференция по инжинирингу и телекоммуникациям (EnT) 2016 г. стр. 10–14. doi :10.1109/ent.2016.011. ISBN 978-1-5090-4553-2. S2CID  44799707.
  23. ^ abc "Включение CSMA для LoRaWAN TR013-1.0.0". LoRa Alliance . Получено 2023-11-05 .
  24. ^ Гамадж, Амалинда; Лиандо, Янсен; Гу, Чаоцзе; Тан, Руи; Ли, Мо; Селлер, Оливье (2023-05-31). «LMAC: Эффективный множественный доступ с контролем несущей для LoRa». ACM Transactions on Sensor Networks . 19 (2): 1–27. doi :10.1145/3564530. ISSN  1550-4859.
  25. ^ Джатун, Гамаге Исуру Амалинда (2023). Оптимизация использования спектра LPWAN (диссертация). Наньянский технологический университет. doi : 10.32657/10356/172897 .
  26. ^ LoRa Alliance (01.02.2024). LoRaWAN® CSMA для минимизации столкновений в воздухе . Получено 13.07.2024 – через YouTube.
  27. ^ "LoRaWAN Specification" (PDF) . lora-alliance.org . Получено 5 февраля 2020 г. .
  28. ↑ Выпущена версия 1.0 спецификации LoRaWAN.
  29. ^ "Спецификация LoRaWAN". lora-alliance.org . Получено 2 февраля 2021 г. .
  30. ^ "LoRaWAN Specification" (PDF) . lora-alliance.org . Получено 5 февраля 2020 г. .
  31. ^ "LoRaWAN™ 1.1 Specification" (PDF) . lora-alliance.org . Получено 5 февраля 2020 г. .
  32. ^ "LoRaWAN 1.0.3 Specification" (PDF) . lora-alliance.org . Получено 5 февраля 2020 г. .
  33. ^ "LoRaWAN 1.0.4 Specification". lora-alliance.org . Получено 25 ноября 2020 г. .
  34. ^ "Справочник участников | LoRa Alliance". lora-alliance.org . Получено 22 мая 2023 г. .
  35. ^ "LoRa Alliance достигает отметки в 100 операторов сетей LoRaWAN". Электронные продукты и технологии . 2019-01-25 . Получено 2019-02-11 .
  36. ^ "Объявление о прекращении продаж и прекращении эксплуатации Cisco LoRaWAN". cisco.com . Получено 3 октября 2024 г. .

Дальнейшее чтение

  • Оливье Бернар Андре Селлер. «Метод беспроводной связи» Патент США № 9,647,718. 9 сентября 2015 г.
  • Ли, Чанг-Дже, Ки-Сон Рю и Беум-Джун Ким. «Периодическое измерение дальности в системе беспроводного доступа для мобильной станции в спящем режиме». Патент США № 7,194,288. 20 марта 2007 г.
  • Ghoslya, Sakshama (2019-04-17). "Как генерировать символы LoRa". Все о LoRa и LoRaWAN .
  • Куигли, Томас Дж. и Тед Рабенко. «Сокращение задержки в системе связи». Патент США № 7,930,000. 19 апреля 2011 г.
  • Банков, Д.; Хоров, Е.; Ляхов, А. «О пределах доступа к каналу LoRaWAN». Международная конференция по инжинирингу и телекоммуникациям (EnT) 2016 : 10–14.
  • Seneviratne, Pradeeka. «Beginning LoRa Radio Networks with Arduino — Build Long Range, Low Power Wireless IoT Networks». Apress, 2019, электронная книга ISBN 978-1-4842-4357-2 , мягкая обложка ISBN 978-1-4842-4356-5 , ред. 1  
  • Альянс LoRa
  • Портал разработчиков LoRa
  • Сайт Cycleo на Wayback Machine (архив 2011-07-29)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=LoRa&oldid=1250971553#LoRaWAN"