Η έκθεση ανάλυσης του εφικτού της τεχνολογίας LoRaWAN ίσχυσε για την ηλεκτρική ενέργεια/τη συλλογή πληροφοριών κατανάλωσης νερού
Με την ανάπτυξη του Διαδικτύου των πραγμάτων, πολλές εφαρμογές IoT έχουν τα μικρά πακέτα στοιχείων, μεγαλύτερη ανοχή για τις καθυστερήσεις, και πρέπει να επεκταθούν σε ένα ευρύ φάσμα, ή βρίσκονται σε μακρινό, υπόγειος και άλλες βαριά προστατευμένες θέσεις, με την υπάρχουσα ασύρματη επικοινωνία ή το σήμα της τεχνολογίας κινητής επικοινωνίας δεν είναι εύκολο να φθαθούν. Για το προαναφερθε'ν πρόβλημα, οι μεγάλης απόστασης και χαμηλής ισχύος τεχνολογίες επικοινωνιών έχουν αναπτυχθεί, αναφερόμενος συλλογικά ως χαμηλής ισχύος δίκτυο ευρείας περιοχής (LPWAN). LPWAN έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής ισχύος κατανάλωσης, της μεγάλης τηλεφωνικής απόστασης, και της μεγάλης σύνδεσης, έτσι είναι κατάλληλο για τις εφαρμογές που απαιτούν ένα ευρύ φάσμα της μετάδοσης στοιχείων επέκτασης και μικρού ποσού. Είναι πολύ κατάλληλο για τις απαιτήσεις εφαρμογής της συλλογής δεδομένων των έξυπνων ενεργειακών μετρητών. LPWAN μπορεί να διαιρεθεί σε δύο στρατόπεδα: εξουσιοδοτημένη ζώνη συχνότητας και αναρμόδια ζώνη συχνότητας σύμφωνα με τη ζώνη συχνότητας χρησιμοποιούμενη. Η χωρίς άδεια τεχνολογία ζώνης LPWAN συχνότητας που αναπτύσσονται νωρίτερα, και η κύρια τεχνολογία είναι LoRaWAN.
1. Εισαγωγή σε LoRaWAN
Το LoRaWAN είναι ένα σύνολο αρχιτεκτονικής πρωτοκόλλου και συστημάτων επικοινωνίας που σχεδιάζεται για το ευρύ δίκτυο επικοινωνίας της Lora. Καθορίζει πώς το στοιχείο διαβιβάζεται στο δίκτυο LoRaWAN (το δίκτυο αναφέρεται εδώ στους κόμβους, τις πύλες και τους κεντρικούς υπολογιστές), καθορίζει τον τύπο μηνυμάτων, τη δομή πλαισίων στοιχείων και τη μέθοδο κρυπτογράφησης ασφάλειας και εισάγει τις συγκεκριμένες διαδικασίες του δικτύου, και εξηγεί τη διαφορά μεταξύ των συσκευών κυρίου και σκλάβων.
Στο σχέδιο του πρωτοκόλλου και της δικτυακής αρχιτεκτονικής, LoRaWAN εξετάζει πλήρως διάφορους παράγοντες όπως η κατανάλωση ισχύος κόμβων, η ικανότητα δικτύων, η ασφάλεια και η ποικιλομορφία εφαρμογής δικτύων.
2. Δικτυακή αρχιτεκτονική LoRaWAN
Διάγραμμα δικτυακής αρχιτεκτονικής LoRaWAN
Μια δικτυακή αρχιτεκτονική LoRaWAN περιλαμβάνει τέσσερα μέρη: τερματικό, σταθμός βάσης, NS (κεντρικός υπολογιστής δικτύων), και διακομιστής εφαρμογών. Το αστέρι και οι κυψελοειδείς τοπολογίες δικτύων χρησιμοποιούνται μεταξύ των σταθμών βάσης και των τερματικών. Λόγω των μεγάλης απόστασης χαρακτηριστικών της Lora, η μετάδοση ενιαίος-λυκίσκου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μεταξύ τους. Ο τελικός κόμβος μπορεί να στείλει στους πολλαπλάσιους σταθμούς βάσης συγχρόνως. Ο σταθμός βάσης διαβιβάζει τα στοιχεία πρωτοκόλλου LoRaWAN μεταξύ του NS και του τερματικού, και φέρνει τα στοιχεία LoRaWAN όσον αφορά τη μετάδοση ραδιοσυχνότητας της Lora και το TCP/IP αντίστοιχα.
3. Επισκόπηση του πρωτοκόλλου LoRaWAN
3.1 ταξινόμηση των τελικών κόμβων
Από την άποψη των τεχνικών προδιαγραφών, το ποσοστό μετάδοσης LoRaWAN είναι για 30bit/s-50kbit/s, η απόσταση μετάδοσης είναι περίπου 2-5 χιλιόμετρα στη αστική περιοχή, και ο μακρύτερος μπορεί να φθάσει σε 15 χιλιόμετρα στα προάστια. Υποστηρίζει τη διπλής κατεύθυνσης μετάδοση, και η μέθοδος μετάδοσης εξαρτάται από τις απαιτήσεις καθυστέρησης και οι λειτουργίες της κατανάλωσης ισχύος μπορούν να διαιρεθούν σε τρία επίπεδα: Βασική γραμμή (κατηγορία Α), αναγνωριστικό σήμα (κατηγορία Ψ) και συνεχής (κατηγορία Γ). Η μέθοδος κατηγορίας Α θα διαβιβάσει μόνο πότε η τελική συσκευή στέλνει ένα αίτημα, η κατανάλωση ισχύος είναι η χαμηλότερη. Χρησιμοποιείται στα υδρόμετρα και τους μετρητές αερίου. Η κατηγορία Γ σημαίνει τη συνεχή μετάδοση στοιχείων, με τον πιό σύντομο χρόνο καθυστέρησης μετάδοσης. Η κατηγορία Γ χρησιμοποιείται γενικά στους ηλεκτρικούς μετρητές.
3.2 μετάδοση ανερχόμενων ζεύξεων και κατιουσών συνδέσεων των τελικών κόμβων
Αυτό είναι το διάγραμμα ακολουθίας της ανερχόμενης ζεύξης και της κατιούσας σύνδεσης κατηγορίας Α. Αυτήν την περίοδο, το λαμβάνον παράθυρο RX1 αρχίζει γενικά 1 το δεύτερο μετά από τη ανερχόμενη ζεύξη, και τις λαμβάνουσες ενάρξεις παραθύρων RX2 2 δευτερόλεπτα μετά από τη ανερχόμενη ζεύξη.
Η κατηγορία Γ και Α είναι βασικά η ίδια, εκτός από το ότι όταν κοιμάται η κατηγορία Α, ανοίγει το λαμβάνον παράθυρο RX2.
3.3 η μέθοδος του τελικού κόμβου ενώνει το δίκτυο
Υπάρχουν δύο τρόποι να ενωθεί το δίκτυο: Πέρα από - ενεργοποίηση αέρα (OTAA) και ενεργοποίηση από την εξατομίκευση (ABP).
Τα εμπορικά δίκτυα LoRaWAN ακολουθούν γενικά τη διαδικασία ενεργοποίησης OTAA, έτσι ώστε η ασφάλεια μπορεί να εγγυηθεί. Αυτή η μέθοδος πρέπει να προετοιμάσει τις τρεις παραμέτρους, που περιλαμβάνουν: DevEUI, AppEUI, και AppKey.
Το DevEUI είναι α συνολικά - μοναδική ταυτότητα παρόμοια με IEEE EUI64, το οποίο προσδιορίζει μια μοναδική τελική συσκευή. Είναι ισοδύναμο με τη διεύθυνση της MAC της συσκευής.
Το AppEUI είναι α συνολικά - μοναδική ταυτότητα παρόμοια με IEEE EUI64, το οποίο προσδιορίζει έναν μοναδικό προμηθευτή εφαρμογής.
Το AppKey ορίζεται στο τερματικό από τον ιδιοκτήτη της εφαρμογής.
Το τερματικό αρχίζει τη «Join» εντολή, και το NS (κεντρικός υπολογιστής δικτύων) επιβεβαιώνει ότι είναι σωστό, θα απαντήσει στο τερματικό και θα ορίσει τη διεύθυνση DevAddr δικτύων (τριανταδυάμπιτη ταυτότητα). Και τα κόμματα χρησιμοποιούν τη σχετική πληροφορία στην απάντηση δικτύων και AppKey, παράγει τα κλειδιά NwkSKey και AppSKey συνόδου, τα οποία χρησιμοποιούνται για να κρυπτογραφήσουν και να ελέγξουν τα στοιχεία.
Εάν η δεύτερη μέθοδος διαλογής (ενεργοποίηση ABP) χρησιμοποιείται, διαμορφώστε άμεσα τις τελικές παραμέτρους επικοινωνίας DevAddr, NwkSKey, και AppSKey, και ενώστε τη διαδικασία δεν απαιτείται πλέον. Σε αυτήν την περίπτωση, η συσκευή μπορεί να στείλει τα στοιχεία εφαρμογής άμεσα.
3.4 μετάδοση στοιχείων και υποδοχή
Μετά από ενώστε το δίκτυο, το στοιχείο εφαρμογής κρυπτογραφείται.
Υπάρχουν δύο τύποι πλαισίων στοιχείων LoRaWAN: Επιβεβαιωμένος ή μη επιβεβαιωμένος, δηλ., ο τύπος που απαιτεί την απάντηση και άλλη μια που δεν απαιτεί την απάντηση. Οι κατασκευαστές μπορούν να επιλέξουν τον κατάλληλο τύπο σύμφωνα με τις ανάγκες εφαρμογής.
Επιπλέον, μπορεί να δει από την εισαγωγή ότι LoRaWAN πρόκειται να υποστηρίξει την ποικιλομορφία εφαρμογής. Εκτός από τη χρησιμοποίηση AppEUI για να διαιρέσει τις εφαρμογές, ο λιμένας εφαρμογής FPort μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να επεξεργαστεί τα στοιχεία χωριστά κατά τη διάρκεια της μετάδοσης. Η σειρά αξίας FPort είναι (1~223), το οποίο διευκρινίζεται από το στρώμα εφαρμογής.
3.5 μηχανισμός ADR
Υπάρχει ένας διαδίδοντας παράγοντας στη διαμόρφωση της Lora, και οι διαφορετικοί διαδίδοντας παράγοντες έχουν τις διαφορετικά αποστάσεις μετάδοσης και τα ποσοστά μετάδοσης, και δεν έχουν καμία επιρροή στη μετάδοση στοιχείων.
Προκειμένου να επεκταθεί η ικανότητα δικτύων LoRaWAN, ένας μηχανισμός προσαρμογής ποσοστού της Lora (προσαρμοστικό ποσοστό-ADR στοιχείων) σχεδιάζεται στο πρωτόκολλο. Οι συσκευές με τις διαφορετικές αποστάσεις μετάδοσης θα χρησιμοποιήσουν το γρηγορότερο ποσοστό στοιχείων πιθανό σύμφωνα με τους όρους μετάδοσης. Αυτό καθιστά επίσης τη γενική μετάδοση στοιχείων αποδοτικότερη.
4. Χαρακτηριστικά γνωρίσματα LoRaWAN
Το LoRaWAN έχει τα χαρακτηριστικά της ασύρματης μετάδοσης, της ισχυρής αντιπαρεμβατικής δυνατότητας, της κρυπτογραφημένης επικοινωνίας, της ευρείας κάλυψης, της χαμηλής ισχύος κατανάλωσης, της μεγάλης σύνδεσης, και του χαμηλότερου κόστους.
Μεγάλη τηλεφωνική απόσταση: Η Lora επιτυγχάνει περίπου δύο φορές την απόσταση επικοινωνίας της κυψελοειδούς τεχνολογίας.
Μεγάλη περιεκτικότητα: Πολλοί κόμβοι IoT, και ένα δίκτυο LoRaWAN μπορούν εύκολα να συνδέσουν τις δεκάδες χιλιάδων κόμβοι.
Εύκολη επέκταση ικανότητας: Όταν ένα δίκτυο LoRaWAN πρέπει να αυξήσει την ικανότητά του, προσθέστε ακριβώς μια πύλη.
Ασφάλεια: Το LoRaWAN είναι διπλός-κρυπτογραφημένο Διαδίκτυο των πραγμάτων. Είναι κατάλληλο για την εφαρμογή πληροφοριών του ηλεκτρικού μετρητή.
5. Προδιαγραφή της πύλης LoRaWAN
5.1 πύλη
5.2 ενότητα LoRaWAN
Χαμηλής ισχύος κατανάλωση: Το χαμηλότερο εφεδρικό ρεύμα είναι 1.5uA
Υψηλή ευαισθησία: Μπορεί να φθάσει στο -139dBm@SF12/125KHz
Αντιπαρεμβατικός: Υψηλής απόδοσης επικοινωνία συχνότητας επέκτασης, και αποδοτική διόρθωση λάθους παρεμβολής λευκών σελίδων κύκλων
Η ισχυρή δυνατότητα διείσδυσης, η σειρά κάλυψής της μπορεί να φθάσει σε περισσότερο από 2km.
6. Εξεταστική έκθεση
6.1 δοκιμή απόστασης
Σε μια γραμμική απόσταση 3.7KM από Wuhan Radarking Electronics Corp., η δύναμη σημάτων είναι -94, το SNR είναι -6,0, και η ενσωματωμένη κεραία και τα εξωτερικά πακέτα στοιχείων κεραιών είναι κανονικές.
6.2 δοκιμή διείσδυσης στο κτήριο: Η πύλη εγκαθίσταται του μετρητή καλά στο 15ο πάτωμα της 4ης οικοδόμησης της πρώτης φάσης του κήπου Huangjinkou Binjiang.
| Κτήριο δοκιμής | ||||
| Εξωτερική κεραία | Ενσωματωμένη κεραία | |||
| Δύναμη σημάτων | SNR | Δύναμη σημάτων | 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 | |
Στον ανωτέρω πίνακα, η δύναμη σημάτων είναι επάνω από -100dbm (πολύ μεγαλύτερος από το λαμβάνον όριο -139dbm ευαισθησίας της ενότητας), και το SNR είναι επάνω από -10 για να επιτύχει τη διπλής κατεύθυνσης αξιόπιστη επικοινωνία. Επομένως, όταν μπορούμε που εγκαθιστάμε την πύλη στο 15ο πάτωμα, το σήμα ολόκληρα 32 πατώματα κάλυψης.
6.3 η δοκιμή ποσοστού επιτυχίας των στοιχείων φορτώνει
Όροι δοκιμής: 120 ηλεκτρικοί μετρητές, μια πύλη (8-κανάλι ημιαμφίδρομο)
| Τρόπος επικοινωνίας: Χωρίς επιβεβαίωση, στείλετε εκ νέου μιά φορά το χρόνο. | |||
| Εξεταστικό αριθ. | Ο αριθμός των μετρητών που τα στοιχεία φορτώνουν επιτυχώς | Ποσοστό επιτυχίας (%) | Χρόνος να φορτώσει (δευτερόλεπτο) |
| 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 |
| Τρόπος επικοινωνίας: Χωρίς επιβεβαίωση, στείλετε εκ νέου δύο φορές τους χρόνους. | |||
| Εξεταστικό αριθ. | Ο αριθμός των μετρητών που τα στοιχεία φορτώνουν επιτυχώς | Ποσοστό επιτυχίας (%) | Χρόνος να φορτώσει (δευτερόλεπτο) |
| 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 |
Μπορεί να δει από τα ανωτέρω στοιχεία δοκιμής ότι 120 μέτρα μπορούν να φορτώσουν τα στοιχεία μέσα σε 3 λεπτά, και το μέσο ποσοστό επιτυχίας είναι άνω των 99%.
Συμπερασματικά:
1. Η χρήση των ενσωματωμένων κεραιών στην πόλη μπορεί να εξασφαλίσει κανονική επικοινωνία μέσα σε 23km, και η χρήση των εξωτερικών κεραιών μπορεί να φθάσει στις μεγαλύτερες αποστάσεις.
2. Μπορεί να διαπεράσει 10-15 πατώματα
3. Η χρησιμοποίηση 8 διοχετεύει την ημιαμφίδρομη πύλη με 120 μέτρα, η αξιόπιστη μετάδοση στοιχείων μπορεί να ολοκληρωθεί μέσα σε 3 λεπτά, και 16 διοχετεύουν την ημιαμφίδρομη πύλη μπορούν να επιτύχουν την αξιόπιστη μετάδοση στοιχείων περισσότερων από 200 μέτρων.
Η τεχνολογία LoRaWAN μπορεί αποτελεσματικά να πραγματοποιήσει τη συλλογή και τον έλεγχο του νερού και των ηλεκτρικών πληροφοριών μετρητών.
Υπεύθυνος Επικοινωνίας: Mrs. Ada Yang
Τηλ.:: 86 15623095278
Φαξ: 86-27-84967521
