LoRaWAN™ protocolul standard pentru IoT

14 DECEMBRIE 2019

Specificație pentru rețea de arie largă de joasă putere pentru rețele IoT cu alimentare de la baterii.

COMPEC vă prezintă tehnologia LoRaWAN™

Ce este LoRaWAN?

Dacă sunteți în căutarea unui protocol de comunicare între produsele voastre inteligente și dispozitivele IoT, atunci LoRaWAN™ este o alegere minunată. LoRaWAN™ este o specificație pentru o rețea de arie largă (WAN) cu rază mare de acțiune (longrange – LoRa), care este optimizată pentru a utiliza foarte puțină energie. Aceasta înseamnă că LoRaWAN™ este perfectă pentru puncte finale cu comunicație wireless și alimentare de la baterii dintr-o rețea IoT, putând oferi comunicații bidirecționale sigure la viteze de transfer de date de la 0.3 kbps la 50 kbps.

Aplicațiile tipice ale LoRaWAN™ sunt rețele senzoriale, sisteme de securitate, case inteligente, dispozitive de măsurare inteligente, control industrial și orașe inteligente. Amsterdam a fost primul oraș care a colectat fonduri de la cetățeni (prin crowdfunding) pentru o rețea de date IoT utilizând 10 porți pentru a oferi o acoperire LoRaWAN™ completă.

Razele de acțiune de 2-5km în mediul urban și până la 15km în afara acestuia sunt posibile printr-un echilibru între raza de acțiune a comunicației și durata mesajului pe un spectru larg la frecvențe de ordinul sub GHz și o schemă adaptivă de viteză de transfer de date. LoRaWAN™ operează în topologie stea, unde porțile oferă o punte transparentă ce trimite și recepționează mesaje între dispozitivele finale și o rețea centrală sau cloud.

Porțile, dispozitive tipic alimentare, comunică prin protocol LoRaWAN™ cu punctele finale înainte de a transmite mesajele prin protocoale tradiționale, cum ar fi Ethernet, 3G sauWi-Fi. Majoritatea punctelor finale dispun de comunicație bidirecțională, însă în orice caz, LoRaWAN™ suportă difuzare multiplă pentru upgrade de nod sau distribuire în masă de mesaje de urgență.

Această caracteristică este utilă în special în implementarea rețelelor cu privire la inundații bazate pe LoRaWAN™ cu o rețea de senzori plasați în lungul zonei susceptibile de inundație, pentru a oferi o avertizare din vreme asupra celor potențial afectați.

Pentru implementările LoRaWAN™, care gestionează date naționale critice de infrastructură sau date personale, specificațiile includ câteva nivele de criptare.

  • Cheie de rețea unică (EUI64)
  • Cheie de aplicație unică (EUI64)
  • Cheie specifică a dispozitivului (EUI128)

În funcție de aplicația voastră, dispozitivele finale pot avea diferite clase de funcționalitate.

  • Clasa A – Clasa dispozitivelor finale de cea mai joasă putere, unde dispozitivele pot transmite (uplink) oricând vor, dar ferestrele de recepționare (downlink) sunt alocate numai după transmisie.
  • Clasa B – Rețeaua oferă un semnal de tip baliză pe care dispozitivele îl utilizează pentru a deschide ferestre de recepție la momente de timp programate, între care pot transmite.
  • Clasa C – Modul de operare cel mai solicitant energetic, dispozitivele Clasă C fiind capabile să recepționeze continuu, cu excepția cazului în care transmit.

Marile avantaje ale LoRaWAN sunt:

  • Raza sa mare de acțiune – fiecare poartă are o rază tipică de acțiune de 15 km. În zonele cu construcții, 1-2 km este o abordare mai realistă.
  • Cantitate redusă de energie – dispozitivele pot fi operare de la baterii, iar bateriile pot dura până la câțiva ani pentru dispozitive care trimit date de puține ori pe zi; de exemplu un senzor de parcare sau un senzor care măsoară nivelul apei și oferă avertismente din timp asupra unor potențiale inundații.
  • Cost redus – porțile LoraWAN pot fi cumpărate și cu un buget redus. O zonă precum ‘Citirea’ poate fi acoperită de numai câteva mii de euro. LoraWAN operează la o frecvență de 868MHz, astfel că nu sunt costuri legate de licențiere și nu este nevoie de plătirea unor companii de telecomunicații pentru trimiterea și recepționarea datelor.

În cele ce urmează vă sunt prezentate câteva exemple de produse din oferta Aurocon COMPEC care va pot ajuta la implementarea dispozitivelor voastre în rețele IoT.

Modul Wifi Microchip RN171-I/RM 3→3.7V, IEEE 802.11 GPIO, SPI, UART

Nr. stoc RS 765-2881; Cod producător RN171-I/RM

Microchip RN171 este un modul WiFi compact, 802.11b/g, care simplifică adăugarea de conectivitate WiFi într-un proiect. Modulul integrează tot hardware-ul necesar cu un pachet TCP/IP pentru a oferi un modul complet 802.11b/g. Configurația RN171 se realizează prin comenzi simple ASCII prin UART. Funcțiile de management energetic ale RN171 sunt ideale pentru aplicații portabile cu alimentare de la baterii. Modulul dispune de un circuit de amplificare a bateriei, iar în modul de așteptare consumă doar 4 μA.

Caracteristici dispozitiv

  • Modul LAN wireless complet, embedded, 2.4 GHz IEEE 802.11b/g
  • 14 pini GPIO (patru pini GPIO partajați cu UART)
  • Opt intrări senzoriale analogice
  • Factor de formă compact: 26.67mm × 17.78m × 3,18mm
  • Cristal de cuarț integrat, stabilizator de tensiune intern, circuit de potrivire, amplificator de putere
  • Configurare utilizând comenzi simple ASCII
  • Suportă moduri de rețea SoftAp și infrastructură
  • Aplicații de rețea integrate: TCP, UDP, DHCP, DNS, ICMP, ARP, HTTP Client și FTP Client
  • Pachet complet TCP/IP
  • Adresă MAC unică
  • Upgrade de firmware prin aer utilizând FTP
  • Suportă WPS (WiFiProtectedSetup)
  • Securitate: WEP-128, WPA-PSK (TKIP), WPA2-PSK (AES)

Caracteristici RF

  • Frecvență: de la 2.412 la 2.462 GHz
  • Compatibilitate de modulație 802.11b: DSSS (CCK-11, CCK-5.5, DQPSK-2, DBPSK-1)
  • Compatibilitate de modulație 802.11g: OFDM
  • Sensibilitate de recepție (Rx): -83 dBm (tipic)
  • Putere de ieșire: de la 0 la +12 dBm

Caracteristici de management energetic

  • Mod “sleep” de ultra-joasă putere (4 μA)
  • Circuit de amplificare și control a bateriei
  • Ceas de timp real pentru memorare timp, auto-sleep și auto-activare

Caracteristici tehnice

  • Protocol suportat IEEE 802.11
  • Standarde de securitateWEP, WPA, WPA2
  • Interfețe de magistrală GPIO, SPI, UART
  • Tensiune de alimentare 3 → 3.7V
  • Dimensiuni 27mm × 18mm × 3.1mm
  • Temperatura maximă de operare +85°C
  • Temperatura minimă de operare -40°C

Placă de extensie Microchip PIC Tail Plus LoRa – RN-2483-PICTAIL

Nr. stoc RS 904-8468; Cod producător RN-2483-PICTAIL

Microchip RN-2483-PIC tail este o placă de dezvoltare caracterizată de modulul LoRaRN2483 LoRa® 433/868 MHz. Placa oferă utilizatorilor acces la toate porturile UART și GPIO ale modulului RN2483.Conectorul PICtail/PICtail Plus permite ca RN2483 să fie dezvoltat cu unelte de dezvoltare Microchip MCU, precum Explorer 16 (DM240001) și Explorer 8 (DM160228), adăugând tehnologie LoRa acestor platforme.

Caracteristici tehnice

  • Modul transceiver în tehnologia LoRa®, Microchip RN2483, de joasă putere și rază mare de acțiune
  • Conectori SMA pentru benzile 433 MHz și 868 MHz
  • PIC18 MCU cu conector cu pini ICSP (programare serială în circuit) pentru funcții particularizate
  • Zone de lipire în jurul modulului pentru GPIO, pini de putere și semnale de comunicații
  • Puncte de măsurare a curentului de alimentare
  • LDO pe placă
  • LED-uri de trafic UART
  • Conector USB
  • Interfață de conectare PICtail /PICtail Plus

Modul transceiver RF-LORA-868-SO RF 868 MHz, 1.8 → 3.6V de la RF Solutions

Nr. stoc RS 903-3059; Cod producător RF-LORA-868-SO

Modulul transceiver LoRa™ RF este caracterizat de cipul transceiver Semtech SX1272 transceiver chip ce utilizează LoRa, pentru a îmbunătăți sensibilitatea receptorului și, de aici, de obținerea unei raze de acțiune extinse. Modulul poate utiliza, de asemenea, scheme de modulare OOK și FSK pentru a menține compatibilitatea cu alte standarde, precum IEEE 802.15.4 și wMBUS. Funcțiile LoRa cresc imunitatea de interfațare pe FSK convențional oferind o capabilitate de coexistență îmbunătățită în canale aglomerate.

Caracteristici tehnice

  • Domeniu de frecvență RF: bandă 868MHz ISM
  • Lățime de bandă a canalului: 125kHz, 250kHz sau 500kHz
  • Ieșire de putere RF: până la +20dBm
  • PA de înaltă eficiență +14 dBm
  • Sensibilitate receptor: -119dBm la 1.2kbps (FSK), -137dBm la 240bps (LoRa, SF=12, CR=4/8)
  • Modulare: FSK, GFSK, MSK, GMSK sau OOK
  • Tehnologie de spectru larg LoRa™
  • Viteză de transfer de date OTA: până la 250kbps (FSK/OOK), până la 37.5kbps (LoRa)
  • Domeniu: până la 16km (în linia de vedere)
  • Motor de pachete de până la 256 byte cu CRC
  • Corecția erorii (FEC) cu viteză selectabilă
  • Domeniu dinamic RSSI 127dB
  • Comunicație gazdă: serial SPI
  • Senzor de temperatură și indicator de baterie descărcată
  • Sursă de alimentare: de la +2.2V la +3.7Vdc
  • Domeniul temperaturii de operare: de la 0 la +55°C
  • Dimensiuni: 23mm × 20mm × 1.5mm
  • Aplicații: citire dispozitive de măsurare, rețele senzoriale, alarme wireless, automatizare casă, comunicație cu rază lungă de acțiune pentru Internetul Lucrurilor (IoT)
  • Este necesară antenă externă 50Ω.

Extensie transceiver RF GAMMA-ARD 868MHz de la RF Solutions

Nr. stoc RS 903-3043; Cod producător GAMMA-ARD

Modul de extensie RF, GAMMA LoRa pentru Arduino. Acesta servește ca interfață între placa voastră Arduino și un modul de telemetrie GAMMA-868. Modulul de extensie poate fi montat fix deasupra plăcii de procesare Arduino.

Caracteristici tehnice

  • Modulul GAMMA-868
  • Frecvență purtătoare RF: Bandă 869.5MHz ISM
  • Putere de ieșire RF: +20dBm
  • Sensibilitate receptor: -137dBm la 240bps (SF=12, CR=4/8)
  • Tehnologie spectru larg LoRa™
  • Domeniu de acțiune: până la 16Km (în rază vizuală)
  • Comunicație gazdă: serial UART cu control flux CTS/RTS
  • 8 × GPIO

Modul LoRa Semtech pentru SX1276 – SX1276MB1MAS

Nr. stoc RS 922-5889; Cod producător SX1276MB1MAS

SX1276MB1MAS este un modul de evaluare (în format de placă de extensie) de transceiver de joasă putere în bandă dublă 433/868MHz de la Semtech, fiind caracterizat de tehnologia LoRa™ cu rază mare de acțiune. Dispozitivul transceiver SX1276 pe placă oferă comunicație de arie largă cu toleranță extremă la interferență. Tehnologia LoRa este ideală pentru aplicații IoT, activând conexiuni la porți LoRaWAN™. Exemplele de aplicații includ circuite senzoriale și dispozitive wireless alimentate de la baterii.

Caracteristici tehnice

  • Transceiver RF cu bandă dublă SX1276 cu frecvențe de operare de 433 și 868MHz
  • Tehnologie de spectru larg LoRa™
  • Switch-uri antene RF PE4259
  • Controlat prin magistrală serială SPI @10Mbps
  • Magistrale seriale I²C și UART disponibile pentru conexiuni senzoriale
  • Conector cu pini compatibil mbed
  • Arhitectură Rx/Tx pentru performanțe optime
  • 2 × conectori SMA pentru antenă

Dragino LoRa/GPS_HAT GPS, LoRa HAT pentru MT3339, SX1276/SX1278 – Lora /GPS HAT 920: 920 Frequency

Nr. stoc RS 187-5121; Cod de producător Lora /GPS HAT 920: 920 Frequency

Placa de extensie LoRa este un transceiver de rază lungă pe factorul de formă al Arduino și bazat pe o bibliotecă cu sursă deschisă. Placa de extensie permite utilizatorului să trimită date și să atingă raze de acțiune extrem de mari la viteze mici de transfer de date. Ea oferă comunicație pe spectru larg cu rază mare de acțiune și imunitate mare la interferențe, dar minimizând consumul de curent.

Placa de extensie LoRa se bazează pe cipul Semtech SX1276/SX1278, țintind aplicații de rețele senzoriale, precum sisteme de irigații, dispozitive de măsurare inteligentă, orașe inteligente, detecție cu telefon inteligent, automatizare clădiri și așa mai departe.

Utilizând tehnica de modulație LoRa™ patentată de RF, placa Dragino cu tehnologie LoRa® poate atinge o sensibilitate de peste -148dBm, utilizând un cristal de cuarț și o listă de materiale economică. Sensibilitatea ridicată combinată cu un amplificator de putere integrat de +20 dBm produce un buget de legătură lider în industrie, ceea ce îl face optim pentru orice aplicație care necesită rază de acțiune și robustețe. LoRa™ oferă, de asemenea, avantaje semnificative atât în blocare, cât și în selectivitate prin tehnici de modulație convenționale, rezolvând compromisul tradițional de proiectare între rază de acțiune, imunitate de interferențe și consum energetic.

Aceste dispozitive suportă, de asemenea, moduri de înaltă performanță (G)FSK pentru sisteme incluzând WMBus, IEEE802.15.4g. Placa de extensie Dragino este caracterizată de tehnologia LoRa®, oferind un zgomot de fază excepțional, selectivitate, liniaritate de receptare și IIP3 pentru un consum de curent semnificativ mai mic față de dispozitivele competitoare.

Placă transceiver RF Adafruit RFM96W LoRa 433MHz

Nr. stoc RS 124-5502; Cod de producător 3073

După cum s-a menționat, LoRa este prescurtarea pentru radio cu rază lungă de acțiune și este proiectată primar pentru aplicații M2M și IoT. Prețul plătit pentru distanța extra este reprezentat de reducerea vitezei și lățimii de bandă, dar pentru aplicații nu este o problemă.

Modulul radio 433 MHz LoRa utilizează o modulație radio specială. El permite o transmisie de date de până la 2 Km în raza vizuală ca antenă – un simplu fir, sau până la 20 Km cu antene direcționale și unele reglaje.

Transmisia radio LoRa este mai simplă decât WiFi sau BLE, deoarece nu aveți nevoie de a asocia, realiza perechi sau scana pentru conexiuni. Când trimiteți date, orice module reglate pe aceeași frecvență și cu aceeași cheie de criptare le recepționează. Receptorul poate apoi trimite un răspuns. Modulele împart datele în pachete, corecție erori și pot, de asemenea, fi retransmise.

Aceste module sunt recomandate pentru utilizare cu Arduino sau cu alte microcontrolere pentru aplicații precum rețele senzoriale. Fiecare modul radio este furnizat cu conectori cu pini, un stabilizator de tensiune de 3.3V și un schimbător de nivel care poate gestiona o tensiune de alimentare și logică de la 3 la 5V, astfel încât să poată fi utilizat cu dispozitive de 3V sau 5V. Pentru a atașa conectorul cu pini este nevoie de realizarea unor lipituri.

Autor: Bogdan Grămescu

Aurocon Compec
COMPEC-lOGO

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre