23
Хотя спецификация определяет техническую реализацию, она не указывает на то,
какую коммерческую модель или тип развертывания (публичная, частная,
корпоративная) использовать, и поэтому предлагает
производителям свободу
инновации и дифференциации того, как она используется [1].
Чтобы продлить срок службы батареи (аккумулятора) в конечном узле (end
-
node) и
оптимизировать общую пропускную способность сети, сетевой сервер LoRaWAN
управляет скоростью передачи данных и мощностью радиочастотного выхода
каждого конечного устройства по отдельности на основании расстояния от шлюза.
Управление осуществляется с помощью алгоритма адаптивной скорости передачи
данных ADR (от англ. Adaptive Data Rate). Это имеет решающее значение для
высокой производительности сети и позволяет осуществлять ее необходимую
масштабируемость. Скорость передачи данных по протоколу LoRaWAN в системе
LoRa лежит в диапазоне от 0,3 до 11 кбит/с.
Технология LoRa значительно повышает чувствительность приемника и,
аналогично другим методам модуляции с
расширенным спектром, использует всю
ширину полосы пропускания канала для передачи сигнала, что делает его устойчивым
к канальным шумам и нечувствительным к смещениям, вызванным неточностями в
настройке частот при использовании недорогих опорных кварцевых резонаторов.
Технология LoRa позволяет осуществлять демодуляцию сигналов с уровнями на 19,5
дБ ниже уровня шумов, притом, что для правильной демодуляции большинству
систем с частотной манипуляцией FSK (от англ. FSK –
frequency shift keying) нужна
мощность сигнала как минимум на 8
-
10 дБ выше уровня шума.
В сетях, использующих модуляцию LoRa, связь между устройствами происходит
по радиоканалу в субгигагерцовом нелицензируемом диапазоне частот ISM (Industrial,
Scientific and Medical
—
фактические границы
диапазона зависят от страны, в
Украине для этого выделены диапазоны 433 и 868 МГц, как и в Европе). В LoRaWAN
сетях на физическом уровне, как правило, используется модуляция LoRa на частоте
863-
870 (868, реже на 433) МГц в Европе и 902
-
928 (915) МГц в США, и 779
-
787 МГц
в Азии. Все LoRa модемы, как правило, также поддерживают модуляцию GFSK.
LoRaWAN имеет три разных класса конечных устройств для удовлетворения
различных потребностей, отраженных в широком спектре приложений [1].
Класс A
-
двунаправленные конечные устройства c наименьшей мощностью. Класс
А должен поддерживаться всеми конечными устройствами LoRaWAN по умолчанию.
Передача всегда инициируется конечным устройством и полностью асинхронна.
Каждая передача по восходящей линии связи может быть отправлена в любое время и
за ней следуют два коротких окна нисходящей линии связи, что дает возможность для
двунаправленной связи или команд управления сетью, если это необходимо. Это
протокол типа ALOHA.
Конечное устройство может войти в режим с низким энергопотреблением в
зависимости от его индивидуальных настроек. Это делает класс A самым
энергоэффективным и время жизни сенсора от 5 лет и выше, в то же время позволяя
осуществлять связь по восходящей линии связи в любое время.
Поскольку связь по нисходящей линии связи всегда должна следовать за
передачей по восходящей
линии связи с расписанием, определенным приложением
конечного устройства, связь по нисходящей линии связи должна буферизоваться на
сетевом сервере до следующего события восходящей линии связи.
Класс B
-
Двунаправленные конечные устройства с определенным временем
ожидания нисходящего потока. В дополнение к начальным окнам приема класса А,
устройства класса B синхронизируются с сетью с использованием периодических
маяков и открывают «слоты для проверки» нисходящего потока по расписанию. Это
обеспечивает сети возможность отправлять нисходящую связь с определенной
задержкой, но за счет некоторого дополнительного энергопотребления в конечном
устройстве. Задержка программируется до 128
секунд для разных приложений, а
24
дополнительное энергопотребление достаточно низкое, чтобы оставаться в силе для
приложений с батарейным питанием.
Класс C
-
двунаправленные конечные устройства с наименьшей задержкой. В
дополнение к структуре класса A в восходящей линии связи, за которой следуют два
окна нисходящей линии связи, класс C дополнительно уменьшает задержку на
нисходящей линии связи, постоянно поддерживая прием на конечном устройстве,
когда устройство не передает (полудуплекс). Исходя из этого, сетевой сервер может
инициировать передачу по нисходящей линии связи в любое время, если приемник
конечного устройства открыт, поэтому нет задержки. Компромиссом является утечка
мощности приемника (до ~ 50 мВт), и
поэтому класс C подходит для приложений, где
имеется непрерывная мощность.
Таким образом, беспроводные технологии LoRaWAN
имеют все подходящие
параметры для реализации Интернета вещей. Еще раз отметим основные
преимущества по сравнению с другими технологиями LPWAN [2]:
низкое потребление датчиков и большое покрытие территории, измеряемое в
километрах;
работает на нелицензируемых частотах, нет лицензионной платы за
использование технологии;
одна базовая станция LoRa разработана для приема до тысячи оконечных
устройств;
легко разворачивается, благодаря простой архитектуре;
открытость: открытый альянс и открытый стандарт;
безопасность: данные имеют защиту на сетевом уровне и на прикладном уровне
с AES шифрованием;
полностью двунаправленная связь;
имеет
поддержку CISCO, IBM и более 500 других компаний членов альянса
LoRa Alliance.
Do'stlaringiz bilan baham: