Rapporto di analisi di possibilità di tecnologia di LoRaWAN applicato ad elettricità/alla raccolta di informazioni consumo di acqua
Con lo sviluppo di Internet delle cose, molte applicazioni di IoT hanno i piccoli pacchetti di dati, la maggior tolleranza per i ritardi e necessità essere spiegato in una vasta gamma, o sono situate in a distanza, sotterraneo ed altri posti molto schermati, con la comunicazione senza fili attuale o il segnale di tecnologia della comunicazione mobile non è accessibili. Per il problema suddetto, le tecnologie della comunicazione interurbane ed a bassa potenza sono state sviluppate, riferito a collettivamente come rete in area geografica di potere basso (LPWAN). LPWAN presenta i vantaggi di basso consumo energetico, di interurbana e di grande collegamento, in modo da è adatto ad applicazioni che richiedono una vasta gamma di spiegamento e di piccola quantità di trasmissione dei dati. È molto adatto a requisiti di applicazione della raccolta di dati dei metri astuti di energia. LPWAN può essere diviso in due campi: la banda di frequenza autorizzata e la banda di frequenza non autorizzata secondo la banda di frequenza hanno usato. La tecnologia senza licenza della banda di frequenza LPWAN ha sviluppato più in anticipo e la tecnologia principale è LoRaWAN.
1. Introduzione a LoRaWAN
LoRaWAN è un insieme del protocollo di comunicazione e dell'architettura di sistema progettati per la rete di comunicazione interurbana di LoRa. Definisce come i dati sono trasmessi nella rete di LoRaWAN (la rete qui si riferisce ai nodi, agli ingressi ed ai server), definisce il tipo di messaggio, la struttura della struttura di dati ed il metodo di crittografia di sicurezza; ed introduce le messe in funzione specifiche della rete e spiega la differenza fra il padrone ed i dispositivi dello schiavo.
Nella progettazione del protocollo e dell'architettura di rete, LoRaWAN completamente considera parecchi fattori quali il consumo di energia di nodo, la capacità di rete, la sicurezza e la diversità dell'applicazione della rete.
2. Architettura di rete di LoRaWAN
Diagramma di architettura di rete di LoRaWAN
Un'architettura di rete di LoRaWAN comprende quattro parti: terminale, stazione base, NS (server di rete) e server applicativo. La stella e le topologie della rete cellulari sono usate fra le stazioni base ed i terminali. dovuto le caratteristiche interurbane di LoRa, trasmissione del unico luppolo può essere usato fra loro. Il nodo terminale può inviare alle stazioni base multiple allo stesso tempo. La stazione base in avanti i dati di protocollo di LoRaWAN fra il NS ed il terminale e porta i dati di LoRaWAN sulla trasmissione di radiofrequenza di LoRa e sul TCP/IP rispettivamente.
3. Panoramica del protocollo di LoRaWAN
3,1 classificazione dei nodi terminali
In termini di caratteristiche tecniche, il velocita di trasmissione di LoRaWAN è circa 30bit/s-50kbit/s, la distanza di trasmissione è di circa 2-5 chilometri nell'area urbana ed il più lungo può raggiungere 15 chilometri nella periferia. Supporta la trasmissione bidirezionale ed il metodo della trasmissione dipende dai requisiti di ritardo e le funzioni di consumo di energia possono essere divise in tre livelli: Linea di base (classe A), segnale (classe B) e continuo (classe C). La classe che un metodo trasmetterà soltanto quando l'apparecchiatura terminale invia una richiesta, il consumo di energia è il più basso. È utilizzata nei contatori per acqua e nei contatori del gas. La classe C significa la trasmissione dei dati continua, con il più breve tempo di ritardo della trasmissione. La classe C è utilizzata generalmente nei contatori elettrici.
3,2 trasmissione della tratta in discesa e di tratta in salita dei nodi terminali
Ciò è il diagramma di sequenza di classe una tratta in salita e una tratta in discesa. Attualmente, la finestra di ricezione RX1 inizia generalmente 1 secondo dopo la tratta in salita e la finestra di ricezione RX2 comincia 2 secondi dopo la tratta in salita.
La classe C ed A è basicamente la stessa, salvo che quando la classe A sta dormendo, apre la finestra di ricezione RX2.
3,3 metodo del nodo terminale unire la rete
Ci sono due modi unire la rete: Sopra - l'attivazione dell'aria (OTAA) e l'attivazione dalla personalizzazione (ABP).
Le reti commerciali di LoRaWAN seguono generalmente il processo di attivazione di OTAA, di modo che la sicurezza può essere garantita. Questo metodo deve preparare i tre parametri, compreso: DevEUI, AppEUI e AppKey.
DevEUI è identificazione unica di a globalmente - simile a IEEE EUI64, che identifica un'apparecchiatura terminale unica. È equivalente all'indirizzo MAC del dispositivo.
AppEUI è identificazione unica di a globalmente - simile a IEEE EUI64, che identifica un fornitore di applicazione unico.
AppKey è assegnato al terminale dal proprietario dell'applicazione.
Il terminale inizia «unisce» il comando ed il NS (server di rete) conferma che è corretto, risponderà al terminale ed assegnerà l'indirizzo di rete DevAddr (identificazione di 32 bit). Entrambi i partiti utilizzano il dato valido nella risposta e nel AppKey della rete, generano le chiavi di sessione NwkSKey e AppSKey, che sono usate per cifrare e verificare i dati.
Se il secondo metodo di vagliatura (attivazione di ABP) è usato, direttamente configuri i parametri di comunicazione finali di DevAddr, di NwkSKey e di AppSKey ed unisca il processo più non è richiesto. In questo caso, il dispositivo può inviare direttamente i dati di applicazione.
3,4 trasmissione dei dati e ricezione
Dopo unisca la rete, i dati di applicazione è cifrato.
Ci sono due tipi di telai di dati di LoRaWAN: Confermato o non confermato, cioè, il tipo che richiede la risposta ed altra che non richiede la risposta. I produttori possono scegliere il tipo appropriato secondo i bisogni dell'applicazione.
Inoltre, può essere visto dall'introduzione che LoRaWAN è a diversità dell'applicazione di sostegno. Oltre a usando AppEUI per dividere le applicazioni, il porto dell'applicazione di FPort può anche essere usato per elaborare esclusivamente i dati durante la trasmissione. La gamma del valore di FPort è (1~223), che è specificato dal livello applicazioni.
3,5 meccanismo di ADR
C'è un fattore di diffusione nella modulazione di LoRa ed i fattori di diffusione differenti hanno le distanze e velociti di trasmissione di trasmissione differenti e non hanno influenza sulla trasmissione dei dati.
Per ampliare la capacità di rete di LoRaWAN, un meccanismo di adattamento del tasso di LoRa (dati adattabili tasso-ADR) è destinato nel protocollo. I dispositivi con differenti distanze di trasmissione useranno il tasso di dati più veloce possibile secondo gli stati della trasmissione. Ciò inoltre rende la trasmissione dei dati globale più efficiente.
4. Caratteristiche di LoRaWAN
LoRaWAN ha le caratteristiche della trasmissione senza fili, di forte abilità anti-interferenza, della comunicazione cifrata, di ampia copertura, di basso consumo energetico, di grande collegamento e di basso costo.
Interurbano: LoRa raggiunge approssimativamente due volte la distanza di comunicazione della tecnologia cellulare.
Grande capacità: Molti nodi di IoT e una rete di LoRaWAN possono collegare facilmente decine di migliaia di nodi.
Espansione facile di capacità: Quando una rete di LoRaWAN deve aumentare la sua capacità, aggiunga appena un ingresso.
Sicurezza: LoRaWAN è Internet doppio cifrato delle cose. È adatto ad applicazione di informazioni del contatore elettrico.
5. Specificazione dell'ingresso di LoRaWAN
5,1 ingresso
5,2 modulo di LoRaWAN
Basso consumo energetico: La corrente standby più bassa è 1.5uA
Alta sensibilità: Può raggiungere -139dBm@SF12/125KHz
Anti-interferenza: Comunicazione ad alto rendimento di frequenza di estensione ed interfogliatura di ciclo efficiente correttiva
La forte abilità penetrante, la sua gamma di copertura può raggiungere più di 2km.
6. Relazione sull'esperimento
6,1 prove di distanza
Ad una distanza lineare di 3.7KM da Wuhan Radarking Electronics Corp., la potenza del segnale è -94, lo SNR è -6,0 ed i pacchetti di dati dell'antenna esterna e dell'antenna incorporata sono normali.
6,2 prova di penetrazione nella costruzione: L'ingresso è installato nel pozzo del tester sul 15° piano della quarta costruzione della prima fase del giardino di Huangjinkou Binjiang.
Costruzione della prova | ||||
Antenna esterna | Antenna incorporata | |||
Potenza del segnale | SNR | Potenza del segnale | SNR | |
F32 | -83 | 3 | -90 | -8 |
-85 | 4 | -90 | -8 | |
-85 | 1 | -91 | -7 | |
-85 | 2 | -88 | -8 | |
-84 | 4 | -91 | -8 | |
F25 | -85 | 2 | -91 | -5 |
-87 | 2 | -87 | -6 | |
-85 | 1 | -90 | -7 | |
-84 | 1 | -90 | -6 | |
-85 | 1 | -91 | -5 | |
F20 | -66 | 9 | -76 | 9 |
-64 | 9 | -81 | 8 | |
-66 | 9 | -78 | 9 | |
-63 | 9 | -77 | 9 | |
-88 | 9 | -77 | 9 | |
F10 | -64 | 10 | -73 | 11 |
-63 | 10 | -72 | 9 | |
-61 | 9 | -75 | 9 | |
-62 | 9 | -72 | 9 | |
-63 | 9 | -72 | 9 | |
F5 | -84 | 1 | -90 | -7 |
-88 | 1 | -90 | -5 | |
-86 | 1 | -90 | -8 | |
-85 | 1 | -89 | -9 | |
-88 | 1 | -89 | -10 | |
F2/F1 | -78 | 9 | -91 | -9 |
-88 | -5 | -90 | -8 | |
-83 | 3 | -89 | -4 | |
-88 | 1 | -91 | -9 | |
-89 | -10 | -90 | -7 |
Nella tavola di cui sopra, la potenza del segnale è sopra -100dbm (ben maggior del limite -139dbm della sensibilità in ricezione del modulo) e lo SNR è superiore a -10 per raggiungere la comunicazione affidabile bidirezionale. Di conseguenza, quando che installiamo l'ingresso sul 15° piano, il segnale possiamo interi 32 pavimenti di copertura.
6,3 la prova di indice di successo dei dati si carica
Condizioni di prova: 120 contatori elettrici, un ingresso (8-Manica in semiduplex)
Modo di comunicazione: Senza conferma, rispedisca una volta il tempo. | |||
Prova no. | Il numero dei metri che i dati caricano con successo | Indice di successo (%) | Tempo di caricarsi (in secondo luogo) |
1 | 119 | 99,2 | 154 |
2 | 118 | 98,3 | 155 |
3 | 120 | 100 | 155 |
4 | 120 | 100 | 155 |
5 | 118 | 98,3 | 155 |
6 | 119 | 99,2 | 155 |
7 | 119 | 99,2 | 155 |
8 | 120 | 100 | 155 |
9 | 120 | 100 | 155 |
10 | 120 | 100 | 155 |
Modo di comunicazione: Senza conferma, rispedisca due volte i periodi. | |||
Prova no. | Il numero dei metri che i dati caricano con successo | Indice di successo (%) | Tempo di caricarsi (in secondo luogo) |
1 | 120 | 100 | 155 |
2 | 120 | 100 | 154 |
3 | 120 | 100 | 155 |
4 | 119 | 99,2 | 154 |
5 | 118 | 98,3 | 159 |
6 | 119 | 99,2 | 154 |
7 | 118 | 98,3 | 158 |
8 | 119 | 99,2 | 158 |
9 | 120 | 100 | 154 |
10 | 118 | 98,3 | 154 |
Può essere visto dai dati di prova di cui sopra che 120 metri possono caricare i dati in 3 minuti e l'indice di successo medio è più di 99%.
In conclusione:
1. L'uso delle antenne incorporate nella città può assicurare la comunicazione normale all'interno di 2-3km e l'uso delle antenne esterne può raggiungere le distanze più lunghe.
2. Può penetrare 10-15 pavimenti
3. Facendo uso di un ingresso in semiduplex di 8 canali con 120 metri, la trasmissione dei dati affidabile può essere completata in 3 minuti e un ingresso in semiduplex di 16 canali può raggiungere la trasmissione dei dati affidabile di più di 200 metri.
La tecnologia di LoRaWAN può efficacemente realizzare la raccolta ed il controllo di informazioni del contatore elettrico e dell'acqua.
Persona di contatto: Mrs. Ada Yang
Telefono: 86 15623095278
Fax: 86-27-84967521