Heutzutage befinden wir uns im Zeitalter des Internets der Dinge (IoT), und dank der Entwicklung der IoT-Technologie hat auch die drahtlose Kommunikationstechnologie große Aufmerksamkeit erhalten. Unter den verschiedenen drahtlosen Kommunikationstechnologien benötigen wir nicht nur die höhere Geschwindigkeit und Stabilität der 5G-Technologie, sondern auch einen geringen Stromverbrauch, große Entfernungen und groß angelegte Konnektivität der drahtlosen Kommunikationstechnologie LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) . Die vielfältige Entwicklung drahtloser Technologien ermöglicht es uns, je nach Situation die geeignete Kommunikationstechnologie auszuwählen.
Wie viel wissen Sie über die drahtlose Kommunikationstechnologie LoRa?
Zusammenfassung der drahtlosen Kommunikationseigenschaften des LoRa-Moduls
Aktuelle Entwicklung der LoRa-Funktechnologie
LoRa-Module aus mehreren Dimensionen
Die LORAWAN-Technologie ist aufgrund ihrer einzigartigen Flexibilität bei IoT-Anwendern weithin anerkannt. Wenn man von der LORAWAN-Technologie spricht, muss man unbedingt die LORA-Technologie erwähnen, die eine Teilmenge von LORAWAN ist und zu einer seiner Modulationstechnologien für die physikalische Schicht gehört. Es verwendet lineare Modulationsspreizspektrumtechniken , wodurch die Empfangsempfindlichkeit erheblich verbessert wird und größere Kommunikationsentfernungen als bei anderen Modulationstechnologien erreicht werden.
Entwicklung und Einführung der LORA-Technologie
Wie viel wissen Sie über die drahtlose Kommunikationstechnologie LoRa?
Der Name LoRa steht für Long Range Radio und wurde ursprünglich von einem französischen Startup-Unternehmen namens Cycleo als lineare Frequenzmodulations-Spread-Spectrum-Modulationstechnologie eingeführt. Im Jahr 2012 erwarb Semtech dieses Unternehmen und verkapselte die Modulationstechnologie in Chips. Basierend auf der drahtlosen LoRa-Technologie wurde ein kompletter Satz von LoRa-Kommunikationschip-Lösungen entwickelt, einschließlich verschiedener LoRa-Chip-Module für Gateways und Terminals, was den Beginn der LoRa-Chip-Produktisierung markiert.
Allerdings reicht ein einzelner LoRa-basierter Transceiver-Chip nicht aus, um in den riesigen IoT-Markt einzudringen. Im darauffolgenden Entwicklungsprozess haben die von mehreren Herstellern gebildete LoRa-Wireless-Modul-Allianz sowie die kontinuierliche Iteration der LoRaWAN-Gateway-Protokollspezifikationen einen globalen Wide-Area-Networking-Standard hervorgebracht, der von Hunderten von Unternehmen unterstützt wird und ein weitreichendes Netzwerk bildet. weitreichendes Branchen-Ökosystem.
Die Förderung dieses Ökosystems umfasst verschiedene technologische Standards, Produktdesigns und Anwendungsfälle, die allesamt wesentliche Elemente sind, an denen mehrere Hersteller beteiligt sind, und die nicht nur Semtech gehören. Beispielsweise ist die LoRaWAN-Spezifikation ein offener Standard, an dem mehrere Hersteller weltweit teilnehmen und der es jeder Organisation oder Einzelperson ermöglicht, Produkte zu entwickeln und Netzwerke auf der Grundlage dieses Standards bereitzustellen.
Im Vergleich zu den meisten Netzwerken mit Mesh-Topologien, die leicht zu erweitern sind, aber den Nachteil haben, dass sie verschiedene unabhängige Knoten zur Weiterleitung von Nachrichten verwenden, was zu Routing-Umwegen und einer erhöhten Systemkomplexität und einem höheren Gesamtstromverbrauch führt, verwendet LoRa eine Sterntopologie (TMD-Netzwerkmethode). Dabei verbindet sich das Gateway sternförmig mit Endknoten. Die Endknoten sind nicht an ein einzelnes Gateway gebunden; Stattdessen können die Uplink-Daten von Endknoten an mehrere Gateways gesendet werden. Theoretisch können Benutzer eine flexible Vernetzung durch Mesh-, Punkt-zu-Punkt- oder Sternnetzwerkprotokolle und -architekturen erreichen.
LoRa-Funkmodule arbeiten hauptsächlich in globalen freien Frequenzbändern (nicht lizenzierten Frequenzbändern), einschließlich 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz und anderen Arbeitsfrequenzbändern. Die Netzwerkarchitektur des LoRa-Moduls besteht aus Terminalknoten, Gateways, Netzwerkservern und Anwendungsservern und ermöglicht die bidirektionale Übertragung von Anwendungsdaten.
Die drahtlose LoRa-Kommunikation schafft Kommunikationsverbindungen mit großer Reichweite. Im Vergleich zur herkömmlichen FSK-Technologie und der RF-Technologie mit kurzer Reichweite mit unzureichender Stabilität und Sicherheit haben LoRa-Module, die auf der Chirp Spread Spectrum (CSS)-Modulationstechnologie basieren, eine deutlich erhöhte Kommunikationsreichweite bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch . Die CSS-Technologie wird seit Jahrzehnten häufig in der Militär- und Weltraumkommunikation eingesetzt und zeichnet sich durch große Übertragungsentfernungen und starke Anti-Interferenz-Fähigkeiten aus. 
Darüber hinaus erfordert die drahtlose LoRa-Technologie nicht den Bau von Basisstationen, da ein einziges Gateway mehrere Geräte steuern kann und die Netzwerkbereitstellung flexibel ist, wodurch die Baukosten erheblich gesenkt werden.
LoRa-Module werden aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs, der großen Übertragungsentfernung und der flexiblen Vernetzung häufig in Smart Communities, Smart Homes und Gebäuden sowie Smart Metern eingesetzt. Das Unternehmen verfügt über breite Perspektiven in mehreren vertikalen Branchen wie Planung, intelligente Landwirtschaft und intelligente Logistik.
Die drahtlosen Kommunikationseigenschaften von LoRa-Modulen lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Übertragungsreichweite: 2–5 km in städtischen Gebieten, bis zu 15 km in Vorstädten.
Betriebsfrequenz: ISM-Frequenzbänder einschließlich 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz usw.
Kommunikationsstandard: IEEE 802.15.4g.
Modulationsmethode: Basierend auf der Spread-Spectrum-Technologie ist das lineare Modulations-Spread-Spectrum (CSS) eine Variante mit Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), einer proprietären patentierten Technologie von Semtech.
Kapazität: Ein LoRa-Gateway kann Tausende bis Zehntausende LoRa-Knoten verbinden.
Batterielebensdauer: Bis zu 10 Jahre.
Sicherheit: AES128-Verschlüsselung.
Übertragungsrate: Von mehreren hundert bis zu mehreren zehn Kbit/s, wobei niedrigere Raten zu längeren Übertragungsentfernungen führen, ähnlich wie wenn man mehr trägt und weniger weit zurücklegt.
Aktuelle Entwicklung der LoRa-Funktechnologie
Etwa im Jahr 2014 begann die erste Gruppe inländischer Unternehmen in China mit der Entwicklung von Produkten im Zusammenhang mit der drahtlosen LoRa-Technologie. Nach fünf Jahren hat sich das LoRa-Modul von einer kleinen Funktechnologie zu einem allgemein anerkannten Standard im IoT-Bereich entwickelt.
Letztes Jahr veröffentlichte das Radio Management Bureau des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie einen Entwurf für Kommentare zu den „Technischen Anforderungen für Kurzstrecken-Funkübertragungsgeräte mit geringem Stromverbrauch“, in dem erwähnt wurde, dass das Frequenzband 470–510 MHz genutzt werden kann drahtlose Gegensprechanlagen, wobei klargestellt wird, dass sie zur Übertragung von Ton und nicht von Daten dienen; Gleichzeitig wurde betont, dass „die Nutzung auf einen einzelnen Frequenzpunkt beschränkt ist und nicht für Netzwerkanwendungen“. Dieser Entwurf zu LoRa-Netzwerkanwendungen fand in der Branche große Beachtung, was zu Unsicherheiten bei der Entwicklung von LoRa-Netzwerken in China führte.
Letztlich konnten durch die Bemühungen von Industriepartnern die Vorschriften des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie die Vernetzung nicht ausdrücklich verbieten, sondern stattdessen festlegen, dass sie für lokale Netzwerke verwendet werden kann, und auch die spezifischen Anwendungsbeschränkungen wurden aufgehoben, wodurch die Unsicherheiten beseitigt wurden bei der Entwicklung von LoRa in China. Andererseits hat der Beitritt großer Internetgiganten wie Tencent, Google und Alibaba zur LoRa-Allianz zu einer starken Unterstützung für das LoRa-Technologie-Ökosystem geführt und die Herausforderungen angegangen, denen sich die Entwicklung der LoRa-Technologie gegenübersieht.
Der Eintritt von Technologiegiganten in das LoRa-Ökosystem und ihre Teilnahme an der LoRa-Technologieallianz zeigen, dass jedes Unternehmen hofft, seine Position in den Bereichen IoT und industrielles Internet durch LoRa zu etablieren. Alibaba und Tencent haben LoRa zu einem wichtigen Einstiegspunkt für ihre IoT-Layouts gemacht, was sich in den von ihnen beworbenen LinkWAN- und TTN-Plattformen zeigt und eine bedeutende treibende Kraft für den Upstream und Downstream der Branche darstellt. Darüber hinaus haben auch Gruppen wie China Tower, China Unicom und China Broadcasting damit begonnen, LoRa in verschiedenen Branchen einzusetzen und so seine Anwendung in verschiedenen Sektoren weiter voranzutreiben.
Aufgrund der aktuellen Marktstruktur nehmen in China bereits über tausend Unternehmen am LoRa-Ökosystem teil, was ein Muster aus großen, mittleren und kleinen Unternehmen sowie traditionellen und Internetunternehmen widerspiegelt, die gemeinsam teilnehmen. Das allgemeine Branchenumfeld für die LoRa-Entwicklung in China verbessert sich kontinuierlich und die LoRa-Allianz selbst wird stärker.
Den verfügbaren Informationen zufolge erreichte das Versandvolumen von LoRa-Chips in China im Jahr 2018 mehrere zehn Millionen Einheiten, wobei Modul- und Zählerhersteller den Großteil des Einkaufsanteils ausmachten, gefolgt von Herstellern von Basisstationen. Darüber hinaus gibt es in China eine große Anzahl verstreuter Modul- und Terminalhersteller, die LoRa-Chips direkt in kleinen Mengen kaufen, die zusammengenommen immer noch eine beträchtliche Größenordnung bilden.
Die meisten Modul-, Terminal-, System- und Anwendungshersteller stehen verschiedenen Technologien neutral gegenüber und ihre Wahl des Technologieweges ist meist ein marktorientiertes Verhalten. LoRa-Chips sind eine wichtige Grundkomponente, die die gesamte Branche unterstützt, aber die Bildung der gesamten Branchenstruktur hängt von den gemeinsamen Anstrengungen mehrerer Kräfte ab, die in China bereits Gestalt angenommen haben. Die Flexibilität von LoRa-bezogenen Produkten ist in der Branche weithin anerkannt, nicht nur, weil sie Netzwerke in verschiedenen Umgebungen autonom bereitstellen können, sondern auch, weil verschiedene Entwickler aus mehreren Plattformen wählen können und schnell Entwicklungsunterstützung erhalten.
Im vergangenen Jahr hat die LoRa-Technologie zahlreiche IoT-Anwendungen in vertikalen Bereichen wie Smart Cities, Smart Parks, Smart Buildings und Smart Security eingeführt. Vivek Mohan, Director of IoT Business bei Semtech, hat erklärt, dass es weltweit bereits über 300 Anwendungsszenarien in verschiedenen vertikalen Branchen gibt.
LoRa-Module aus mehreren Dimensionen
Aus Nachfragesicht : Die Nachfrage nach LoRa-Chips in China ist verteilt. Einerseits ist es aufgrund der Beteiligung mehrerer Branchen am LoRa-Ökosystem schwierig, eine monopolistische Nachfrage zu bilden; Andererseits ist die Eintrittsschwelle für entsprechende Module und Terminals nicht hoch und viele kleine und mittlere Teams und Terminalhersteller können LoRa-Hardwareprodukte schnell auf den Markt bringen und so einen vollständig wettbewerbsorientierten Markt schaffen.
Aus Sicht des technischen Ökosystems: Die LoRa-Funktechnologie ist eine Modulationstechnologie der physikalischen Schicht, die in verschiedenen Protokollen verwendet werden kann, wie dem LoRaWAN-Protokoll , dem CLAA-Netzwerkprotokoll, dem privaten LoRa-Netzwerkprotokoll und der LoRa-Datenübertragung. Durch die Verwendung unterschiedlicher Protokolle unterscheiden sich auch die Endprodukte und Geschäftsformen. Das von der LoRa Alliance geförderte LoRaWAN-Protokoll ist ein Weitverkehrsnetzwerkprotokoll mit geringem Stromverbrauch, und die LoRa Alliance hat LoRaWAN standardisiert, um die Interoperabilität von LoRa-Netzwerken in verschiedenen Ländern sicherzustellen. Ab sofort hat der LoRaWAN-Standard eine vollständige Ökosystemkette aus „LoRa-Chips – Modulen – Sensoren – Basisstationen oder Gateways – Netzwerkdiensten – Anwendungsdiensten“ etabliert.
Aus Datensicht: Die von Semtech bereitgestellten Daten zeigen, dass LoRa-Netzwerke im Hinblick auf den Netzwerkeinsatz in über 70 Ländern und 100 Netzwerkbetreibern eingesetzt wurden und das Marktvolumen von LoRa in den letzten Jahren weiterhin schnell gewachsen ist. Gleichzeitig ist die Zahl der eingesetzten LoRa-Basisstationen von 70.000 auf über 200.000 gestiegen und unterstützt etwa 1,2 Milliarden Knoten, wobei derzeit über 90 Millionen Knoten im Einsatz sind.
In Bezug auf die Größenordnung: Semtech hat als Hauptförderer von LoRa-Technologieanwendungen weltweit andere Unternehmen ermutigt, am LoRa-Ökosystem teilzunehmen. Im Februar 2015 gründete es gemeinsam mit Actility, Cisco, IBM und anderen Herstellern die LoRa Alliance. Nach vierjähriger Entwicklungszeit hat die LoRa Alliance mittlerweile über 500 Mitglieder weltweit.
Der chinesische Markt ist ein sehr wichtiger Teil des globalen LoRa-Ökosystems. Im Jahr 2018 traten große Internetgiganten wie Alibaba, Tencent und JD.com der LoRa Alliance als hochrangige Mitglieder bei. Gleichzeitig haben auch Kell Technology, lokale Radio- und Fernsehunternehmen, Zhejiang Unicom und Unicom IoT-Unternehmen aktiv LoRa-Netzwerke eingesetzt. Aus politischer Sicht: Obwohl das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie die „Technischen Anforderungen für Kurzstrecken-Funkübertragungsgeräte mit geringem Stromverbrauch (Entwurf zur Kommentierung)“ veröffentlichte, die die kommerziellen Aussichten von LoRa vorübergehend weniger klar machten, verstummte es nicht LoRa. Mit der starken Unterstützung von Industriepartnern ist es stattdessen noch widerstandsfähiger geworden und das Branchenökosystem wächst kontinuierlich.
Die LoRa-Technologie ist ein Patent von Semtech und ursprünglich wurden ausschließlich dessen LoRa-Chip-Produkte geliefert. Allerdings würde ein einzelnes LoRa-Produkt zwangsläufig Einschränkungen hinsichtlich der Produktpreise und -funktionen mit sich bringen.
Im Jahr 2018 begann Semtech, sein traditionelles Produktmarketingmodell zu ändern, indem es einigen Unternehmen IP-Rechte zur Entwicklung von LoRa-Produkten einräumte, wodurch eine Marktversorgungssituation mit mehreren Lieferanten entstand. Hersteller von LoRa-Chips gehen einen differenzierten Weg und integrieren Chips mit unterschiedlichen Funktionalitäten, um den Anforderungen eines breiteren Anwendungsspektrums gerecht zu werden, wie z. B. LoRa+GPS für Standortinformationen, LoRa+BLE für die lokale Gerätekommunikation mit kurzer Reichweite und LoRa+Sicherheitschips um die Gerätesicherheit zu verbessern und gemeinsam den Markt zu erweitern.
In Zukunft könnte es mehr Anbieter von LoRa-Chips geben, und ein größerer Markt wäre auch im Interesse von Semtech.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LoRa – sei es aus technischer Sicht, aus der Sicht der Lieferkette, der Branchenstruktur oder der Ökosystementwicklung – immer noch eine Technologieoption ist, die in erster Linie vom Marktverhalten und den Auswirkungen geopolitischer und wirtschaftlicher Spiele zwischen großen Ländern auf LoRa bestimmt wird Angebot und Nachfrage sind minimal. Der Einsatz von LoRa-Kommunikation in IoT-Projekten umfasst eine breite Palette von Technologien und Elementen, von denen viele einen Wert haben, der weit über die Kommunikation selbst hinausgeht. In Zukunft sollte sich die Branche stärker auf die Schaffung von Anwendungswerten und kommerziellen Modellen konzentrieren, um sich im IoT-Zeitalter einen Vorteil zu verschaffen.
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