Como escolher o produto do módulo LoRa

O módulo LoRa tornou-se uma estrela em ascensão na tecnologia de comunicação da Internet das Coisas com sua vantagem de “longa distância e baixo consumo de energia”. Com suas vantagens óbvias: padrões unificados globais de grande capacidade, bandas de frequência gratuitas, baixo custo e flexibilidade, como WiFi, tornou-se a principal escolha de "Internet das Coisas privada" (NB-IoT, como GPRS, é "objetos públicos ," objetos públicos. A solução da Internet). Como escolher o produto do módulo LoRa mais adequado para se tornar o design de nível superior da Internet das Coisas. Por esse motivo, discutimos juntos.

1. Elementos de construção

A demanda é a fonte do projeto! Da mesma forma, construir uma Internet das Coisas requer primeiro as seguintes necessidades:

1.1 Distância

Devido às características de longa distância, o mainstream da Internet das Coisas LoRa é a "rede estrela", o que significa que a distância se refere à distância de comunicação entre o nó mais distante e o gateway, conforme mostrado na figura acima.

Nas mesmas condições de "potência de transmissão + taxa de comunicação + antena", a distância de comunicação do módulo LoRa depende seriamente do terreno e do ambiente, tais como: balões de gás de alta altitude atingem 40 km; A comunicação de 2 cabeças de montanha ou torre de ferro atinge 15 km, e a comunicação em áreas abertas atinge a área aberta, a comunicação atinge a área aberta. 5km... Como o ambiente de comunicação sem fio é diferente, ele só pode ser baseado na “visão vazia”; outros ambientes prevalecerão.

3 métodos com distância de comunicação insuficiente:

① Reduzir a taxa de comunicação pode aumentar a sensibilidade de recepção;

② Substitua a antena de alto ganho e ajuste a direção da antena;

③ Aumente o gateway e cubra efetivamente os pontos cegos do sinal.

LinkLabs anunciou um método para calcular a distância da rede LoRa. Conforme mostrado na figura acima, é muito interessante. Arraste algumas variáveis ​​para a esquerda e a distância efetiva de comunicação será calculada automaticamente à direita.

O link deste método é: https://www.link-labs.com/symphony 

1.2 Escala

A escala é o ditado popular de “número do nó”, que é uma variável fácil de contar.

1.3 Largura de banda

A largura de banda aqui, o nome mais popular é a demanda por "taxa de transferência da rede", e sua unidade é "Bit por segundo".

Tais como: 100 nós, cada nó, 37 bytes são relatados a cada 60 segundos, porque o protocolo Lorawan geralmente precisa adicionar 13 bytes de "metadados" (cabeça do quadro e teste), então a "largura de banda" necessária é:

(37 + 13) X 8 bits / 60S x 100 = 667 bps

1.4 Consumo de energia

Se o terminal e o sensor (ou o driver) forem alimentados pela bateria, a economia de energia será um indicador importante.

Graças ao recurso "Síncrono" do Lorawanclass A, o final do terminal é muito bom.

Geralmente, o consumo de energia é calculado por “modo + corrente + duração”.

Tomando como exemplo o nó Lorawan de Rymi, em diferentes modos de trabalho, o consumo de energia é o seguinte:

Dormação = 1,6ua, escuta = 13mA, lançamento (17dbm) = 88mA.

Existe um terminal LORAAWAN enviando um quadro de dados por cerca de 10 minutos, cerca de 1000ms; conforme acordo, após o envio, pode ser despertado em até 1 segundo. O tempo de escuta é de 160ms e o tempo de recepção é de 1000ms; outras vezes estão no sono adormecido. Em 10 minutos (600 segundos), o consumo de energia é o seguinte:

Envio: 1000ms *88ma = 88mA.S

Receber: 1160ms *13ma = 15,08ma.s

Dormação: (600-1-1,16) S* 1,6ua = 0,96ma.s

Consumo médio de energia: (88 +15,08 + 0,96) MA.S / 600S = 0,17ma

A energia elétrica total das baterias AA (Nanfu ou Shuanglu) é de cerca de 2.400mAh, e o tempo de funcionamento é: 2.400mAh / 0,17ma = 14118h = 1,6 anos.

1.5 Topologia

Quando a escala dos nós da rede aumenta, são necessários mais gateways para suportá-la. Isso usará a conexão de nível de rede "tipo multi-estrela". Para obter detalhes, consulte "Lorawan Médio/Grande" abaixo.

1.6 Custo

O custo é um assunto mais complicado. Além dos custos formais (aquisição de equipamentos, construção de implantação, etc.), também possui custos intangíveis (depuração de desenvolvimento, suporte técnico, etc.).

Um método simples de calcular custos é obter todos os custos de uma LoRa IoT (custo formal + custo intangível). Exceto pelo número de nós, você pode obter "custos de construção de ponto único".

Existem 2 princípios básicos para os custos do LORA IoT:

Grande quantidade: Este é o princípio básico da economia de mercado, não explicado.

Maturidade da indústria: A indústria está alta na fase inicial, porque os custos (P&D/fabricação/marketing/suporte, etc.) não foram "diluídos".

2. Ponto a ponto (animal unicelular)

O sistema ponto a ponto LoRa possui uma pequena quantidade de cenários de aplicação na realidade, tais como: usar a máquina portátil para "nomear" o medidor de energia (medidor elétrico/água/gás/quente), válvula de controle remoto, etc. Claro, suas limitações são óbvias:

1. Não existe mecanismo de evasão: não existe mecanismo LBT (Listenbeface Talk), se 2 ou mais nós forem enviados ao mesmo tempo, o sinal de rádio será danificado e a comunicação falhará;
2. Os nós de recebimento não podem ter baixo consumo de energia: os nós de recebimento devem aguardar o sinal do nó a qualquer momento para dormir;
3. Incapaz de organizar a rede automaticamente: Não é possível resolver conflitos e baixo consumo de energia, a rede se tornou a torre aérea.

3.TDMA (Idade dos Peixes)

Se as necessidades de rede atenderem às seguintes condições, você poderá usar o sistema Lora-TDMA.

1) O número de nós é pequeno;

2) Existe uma lei regular de notificação e emissão de comunicações;

3) Os requisitos de largura de banda são muito baixos.

A vantagem do LoRa-TDMA é: implementação de baixo custo de redes em pequena escala.

Ao mesmo tempo, suas desvantagens também são óbvias: a capacidade da rede é limitada e o atraso aumenta linearmente com o número de nós. Conforme mostrado na figura abaixo, quando n = 10, um nó precisa esperar que (10 x slot) seja reportado antes de reportar; quando n = 100, é necessário aguardar o tempo de (100 x slot) antes que o relatório seja permitido.

4. Pequeno Lorawan (Era dos Dinossauros)

Se o número de nós for pequeno, mas houver requisitos de tempo real e taxa de transferência, é uma solução adequada escolher um Lorawan pequeno.

Suas vantagens são: 8 canais, permitindo reportar 8 nós ao mesmo tempo; os padrões são unificados e os equipamentos de cada fabricante podem ser conectados.

Se você olhar com atenção, descobrirá que na arquitetura Lorawan sempre existe a existência do Servidor Lorawan. Traz complexidade, embora o servidor em nuvem só possa reduzir a complexidade.

Lorawan pequeno: localização de servidor

Lorawan pequeno: nuvem de servidor

5. Lorawan de tamanho médio (mamífero)

Quando você precisa melhorar o “tempo real” ou a “capacidade da rede”, adicionar o gateway LoRaWan é uma boa escolha.

Conforme mostrado na figura abaixo, adicionar um ou mais gateways em uma rede LoRaWan não trará nenhum conflito. Por ter apenas um servidor "cérebro" -LoRaWan, ele executará a seguinte lógica "inteligente":

Relatório para reduzir redundância: Se um pacote for recebido por vários gateways, o Servidor reconhecerá esse pacote “repetido” com base no ID e FCNT, apenas uma das cópias.

Gateway selecionado: o servidor sempre seleciona o gateway correto (geralmente a "melhor intensidade de sinal"), permitindo que ele inicie o quadro de dados.

Lorawan de tamanho médio: localização de servidor

Lorawan de tamanho médio: nuvem de servidor

6. Grande Lorawan (Humanos Modernos)

A intenção original de Lorawan é a IoT de "nível de telecomunicações" para regiões, países e o mundo, que é um plano ambicioso.

Conforme mostrado na figura abaixo, com a ajuda da tecnologia 3G/4G, muitos gateways Lorawan são conectados ao Servidor; O servidor do cliente fornece armazenamento massivo e computação inteligente; acesso conveniente a dados e interação para terminais autorizados (PC, smartphones, tablets, etc.).

Actualmente, LoRa e NB-IoT (China), EMTC (EUA), SIGFOX (França) e outras soluções a nível de telecomunicações têm forte concorrência; ao mesmo tempo, fornece soluções valiosas para a construção de "IoT em larga escala".

Grande Lorawan: Servidor localizado

Grande Lorawan: nuvem de servidor