IoT-Verbindungsumgebung Zusätzlich zu Smart-Home-Netzwerken und Büroraumszenarien werden viele IoT-Geräteverbindungskommunikationen in einer Remote-Umgebung durchgeführt. In der neuen Umgebung wird dies aufgrund der eingeschränkten M2M-Übertragungsabdeckung zu Unzugänglichkeit und der Notwendigkeit eines Stromanschlusses führen. Vor diesem Hintergrund wird die weit verbreitete Einführung von LPWA-Lösungen – LoRAWAN™ und die offenen Standards von 3GPP (LTE Cat M1 und Cat NB1) – speziell eine optimale Lösungsunterstützung für diese Hindernisse bieten, die beim IoT-Verbindungsprozess auftreten.
Definition von LoRa™ und LoRaWAN™
LoRaWAN™ ist ein beliebter und weit verbreiteter LPWA-Kommunikationsstandard, der unlizenziertes Funkspektrum im ISM-Band (Industrie, Wissenschaft, Medizin) bei etwa 900 MHz oder 430 MHz nutzt (die genaue Frequenz variiert weltweit). Durch die Nutzung nicht lizenzierter Frequenzen können Unternehmen problemlos Netzwerke ausbauen und Unternehmen private Netzwerke zur Verfügung stellen. LoRaWAN definiert das Kommunikationsprotokoll und die Systemarchitektur des Netzwerks, während LoRa™ die Funkschicht beschreibt. LoRa nutzt die Chirp Spread Spectrum (CSS)-Modulation, die sowohl energieeffizient ist als auch eine größere Reichweite bietet als herkömmliche Alternativen. CSS wird aufgrund seiner Reichweite und Robustheit gegenüber Störungen seit Jahrzehnten in der Militär- und Weltraumkommunikation eingesetzt, LoRa ist jedoch die erste kostengünstige Implementierung, die für den kommerziellen Einsatz verfügbar ist.
LoRa-Netzwerke haben eine Sterntopologie, bei der Hunderte oder Tausende von Geräten bidirektional mit einem Gateway kommunizieren, das mit dem Kernnetzwerk und letztendlich dem Internet verbunden ist. Signale von einem einzelnen Sensor oder Gerät werden von allen Gateways in Reichweite empfangen, was die Zuverlässigkeit erhöht und die Möglichkeit von Ortungsdiensten eröffnet. Das Netzwerk nutzt ausgefeilte „adaptive Datenraten“-Algorithmen, um die Kommunikation zwischen jedem Gerät und Gateway zu optimieren und so den Stromverbrauch zu minimieren und die Zuverlässigkeit zu maximieren.
Welche Vorteile bietet die Wahl der LoRaWAN-Technologie?
Abdeckung Mit CSS und ADR können Geräte mit Gateways über eine Entfernung von bis zu 15 Kilometern in offenen Gebieten und bis zu 5 Kilometern in Städten kommunizieren, was bedeutet, dass ein einziges Gateway alle Bereiche von etwa 700 Quadratkilometern Ausrüstung abdecken kann. Die Abdeckung erstreckt sich auch im Innenbereich bis hin zu Versorgungskanälen in Kellern oder unterhalb des Straßenniveaus.
1. Geringer Stromverbrauch und geringe Lebensdauer
Geringer Stromverbrauch und geringer Spitzenstrombedarf, LoRaWAN-Datenübertragung und -Empfang erfordern einen geringen Strom (weniger als 50 mA), was den Stromverbrauch des Geräts erheblich reduziert. Mit einer einzigen Ladung kann das Gerät eine Lebensdauer von bis zu zehn Jahren erreichen, was die Support- und Wartungskosten erheblich reduziert.
2. Kosten sparen
Eine große Abdeckung und relativ niedrige Gateway-Kosten reduzieren die Kosten für die Bereitstellung eines LoRaWAN-Netzwerks erheblich. Bei Geräten liegen die Preise für Kommunikationsmodule bei etwa 10 US-Dollar, und unlizenziertes Spektrum bedeutet, dass die Konnektivitätskosten nur 1 US-Dollar pro Jahr betragen.
3. Ortungsdienst
Da Signale von einem bestimmten Gerät von mehreren Gateways empfangen werden können, kann der Standort des Geräts basierend auf der Signalstärke und/oder der Signalankunftszeit an jeder Basisstation berechnet werden, was netzwerkbasierte standortbasierte Dienste ermöglicht, die zum Verfolgen oder Verfolgen verwendet werden können Profilieren Sie das Gerät. Geofencing.
4. Tiefes Eindringen
Die LoRa-Funkmodulation ermöglicht ein tiefes Eindringen in Innenräume und erhöht die Fähigkeit, Sensoren an unterirdischen Wasser- oder Gaszählern zu erreichen.
5. Es ist keine Frequenzlizenz erforderlich
Das LoRaWAN-Netzwerk wird im freien ISM-Frequenzband (EU 868, AS 923, US 915 MHz) bereitgestellt, sodass jeder Dienstanbieter oder Unternehmen ein LoRaWAN-Netzwerk bereitstellen und betreiben kann, ohne eine Lizenz für eine Frequenz zu erwerben.
6. Schneller Aufbau und kommerzielle Nutzung
Die Kombination des offenen LoRaWAN-Standards mit kostenlosen Betriebsfrequenzen und kostengünstigen Basisstationen ermöglicht es Betreibern, Netzwerke in nur wenigen Monaten und mit minimalen Investitionen einzurichten. Bidirektionale Kommunikation Die vollständig bidirektionale Kommunikation unterstützt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, die sowohl Uplink als auch Downlink erfordern: beispielsweise Straßenbeleuchtung, intelligente Bewässerung, Energieoptimierung oder Hausautomation.
7. Management aus einer Hand
Das LoRaWAN-Netzwerk unterstützt mehrere vertikale Lösungen und ermöglicht es Dienstanbietern, eine Plattform und Standards zu nutzen, um verschiedene Anwendungsfälle wie Smart Buildings, Präzisionslandwirtschaft, Smart Metering oder Smart Cities zu verwalten.
Der Unterschied zwischen LoRaWAN- und 3GPP-Technologie
Für viele Anforderungen erfordert LPWAN die niedrigsten Kosten und den niedrigsten Stromverbrauch. In realen Anwendungsfällen (ca. 20 Nachrichten/Tag) ist der Stromverbrauch des LoRAWAN-Gateways fünfmal besser als der von LTE Cat NB1. Der benötigte Spitzenstrom wird um den Faktor 10 reduziert – das entspricht einer Größenordnungsreduzierung der Batteriegröße und einer Verlängerung der Lebensdauer um zehn Jahre.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen LoRaWAN und 3GPP ist die Nutzung nicht lizenzierten Spektrums. LoRaWAN ermöglicht die einfache Bereitstellung von „Campus“-Netzwerken (Smart Cities, Smart Buildings, Smart Airports, Smart Factorys) mit Tausenden von Geräten auf kleinem Raum. Das Unternehmensnetzwerk kann vollständig unter der Kontrolle des Kunden stehen und die Daten bleiben Ende-zu-Ende-verschlüsselt.
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