Cómo elegir el producto del módulo LoRa

El módulo LoRa se ha convertido en una estrella en ascenso de la tecnología de comunicación de Internet de las cosas con su ventaja de "larga distancia y bajo consumo de energía". Con sus ventajas obvias: gran capacidad, estándares globales unificados, bandas de frecuencia gratuitas, bajo costo y flexibilidad, como WiFi, se ha convertido en la opción principal del "Internet de las cosas privado" (NB-IoT, como GPRS, son "objetos públicos ", objeta el público. La solución de Internet). Cómo elegir el producto de módulo LoRa más adecuado para convertirse en el diseño de nivel superior de Internet de las cosas. Por eso lo discutimos juntos.

1. Elementos constructivos

¡La demanda es la fuente del proyecto! De la misma manera, construir un Internet de las Cosas requiere primero las siguientes necesidades:

1.1 Distancia

Debido a las características de larga distancia, la corriente principal de LoRa Internet of Things es la "red en estrella", lo que significa que la distancia se refiere a la distancia de comunicación entre el nodo más lejano y la puerta de enlace, como se muestra en la figura anterior.

En las mismas condiciones de "potencia de transmisión + velocidad de comunicación + antena", la distancia de comunicación del módulo LoRa depende seriamente del terreno y el entorno, como por ejemplo: los globos de gas a gran altitud alcanzan los 40 km; 2 cabezas de montaña o torre de hierro la comunicación llega a 15 km, y la comunicación en áreas abiertas ha llegado a llegar al área abierta la comunicación llega al área abierta. 5 km... Debido a que el entorno de comunicación inalámbrica es diferente, sólo puede basarse en la "visión vacía"; otros entornos prevalecerán.

3 métodos con distancia de comunicación insuficiente:

① Reducir la velocidad de comunicación puede aumentar la sensibilidad de recepción;

② Reemplace la antena de alta ganancia y ajuste la dirección de la antena;

③ Aumente la puerta de enlace y cubra eficazmente los puntos ciegos de la señal.

LinkLabs anunció un método para calcular la distancia de la red LoRa. Como se muestra en la figura anterior, es muy interesante. Arrastre algunas variables a la izquierda y la distancia de comunicación efectiva se calculará automáticamente a la derecha.

El enlace de este método es: https://www.link-labs.com/symphony 

1.2 Escala

La escala es el dicho popular de “número de nodo”, que es una variable fácil de contar.

1.3 Ancho de banda

El ancho de banda aquí, el nombre más popular es la demanda de "rendimiento de red", y su unidad es "Bit por segundo".

Por ejemplo: 100 nodos, cada nodo, se informan 37 bytes cada 60 segundos, porque el protocolo Lorawan generalmente necesita agregar 13 bytes de "metadatos" (cabeza de trama y prueba), entonces el "ancho de banda" requerido es:

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

1.4 Consumo de energía

Si el terminal y el sensor (o el controlador) funcionan con batería, el ahorro de energía será un indicador importante.

Gracias a la función "Sincrónica" de Lorawanclass A, el final del terminal es muy bueno.

Generalmente, el consumo de energía se calcula mediante "modo + corriente + duración".

Tomando como ejemplo el nodo Lorawan de Rymi, en diferentes modos de trabajo, el consumo de energía es el siguiente:

Dormación = 1.6ua, escucha = 13mA, lanzamiento (17dbm) = 88mA.

Hay un terminal LORAAWAN y envía una trama de datos durante unos 10 minutos, unos 1000 ms; Según el acuerdo, después del envío, se puede despertar en 1 segundo. El tiempo de escucha es de 160 ms y el tiempo de recepción es de 1000 ms; otras veces están en sueño latente. En 10 minutos (600 segundos), el consumo de energía es el siguiente:

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

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

Dormación: (600-1-1.16) S* 1.6ua = 0.96ma.s

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

La energía eléctrica total de las baterías AA (Nanfu o Shuanglu) es de aproximadamente 2400 mAh y el tiempo de funcionamiento es: 2400 mAh / 0,17 ma = 14118 h = 1,6 años.

1.5 Topología

Cuando aumenta la escala de los nodos de la red, se requieren más puertas de enlace para soportarla. Esto utilizará la conexión a nivel de red "tipo estrella múltiple". Para obtener más información, consulte "Lorawan mediano/grande" a continuación.

1.6 Costo

El costo es un tema más complicado. Además de los costos formales (adquisición de equipos, construcción de implementación, etc.), también tiene costos intangibles (depuración del desarrollo, soporte técnico, etc.).

Un método simple para calcular costos es obtener todos los costos de un LoRa IoT (costo formal + costo intangible). Excepto por la cantidad de nodos, puede obtener "costos de construcción de un solo punto".

Hay 2 principios básicos para los costos de LORA IoT:

Gran cantidad: Este es el principio básico de la economía de mercado, no explicado.

Madurez de la industria: La industria es alta en la etapa inicial, porque los costos (I+D/fabricación/comercialización/soporte, etc.) no se han "diluido".

2. Punto a punto (animal unicelular)

El sistema punto a punto LoRa tiene una pequeña cantidad de escenarios de aplicación en la realidad, tales como: usar la máquina portátil para "nombrar" el medidor de energía (medidor de electricidad/agua/gas/calor), válvula de control remoto, etc. Por supuesto, sus limitaciones son obvias:

1. No existe ningún mecanismo de evitación: no existe un mecanismo LBT (Listenbeface Talk), si se envían 2 o más nodos al mismo tiempo, la señal de radio se dañará y la comunicación fallará;
2. Los nodos receptores no pueden tener un bajo consumo de energía: los nodos receptores deben esperar la señal del nodo para dormir en cualquier momento;
3. No se puede organizar la red automáticamente: no se pueden resolver conflictos y el bajo consumo de energía, la creación de redes se ha convertido en la torre del aire.

3.TDMA (Edad de los peces)

Si las necesidades de red cumplen con las siguientes condiciones, puede utilizar el sistema Lora-TDMA.

1) El número de nodos es pequeño;

2) Existe una ley regular de presentación de informes y emisión de comunicaciones;

3) Los requisitos de ancho de banda son muy bajos.

La ventaja de LoRa-TDMA es: implementación de redes a pequeña escala de bajo costo.

Al mismo tiempo, sus desventajas también son obvias: la capacidad de la red es limitada y el retraso aumenta linealmente con el número de nodos. Como se muestra en la figura siguiente, cuando n = 10, un nodo debe esperar a que se informe (10 x ranura) antes de informar; cuando n = 100, debe esperar el tiempo de (100 x espacio) antes de que se permita el informe.

4. Pequeño Lorawan (Edad de los Dinosaurios)

Si la cantidad de nodos es pequeña, pero existen requisitos de tiempo real y rendimiento, una solución adecuada es elegir un Lorawan pequeño.

Sus ventajas son: 8 canales, permitiendo reportar 8 nodos al mismo tiempo; Los estándares están unificados y se pueden conectar equipos de cada fabricante.

Si observa de cerca, encontrará que en la arquitectura de Lorawan, siempre existe el servidor Lorawan. Aporta complejidad, aunque el servidor en la nube sólo puede reducir la complejidad.

Pequeño Lorawan: localización del servidor

Pequeño Lorawan: servidor en la nube

5. Lorawan de tamaño mediano (mamífero)

Cuando necesite mejorar el "tiempo real" o la "capacidad de la red", agregar la puerta de enlace LoRaWan es una buena opción.

Como se muestra en la figura siguiente, agregar una o más puertas de enlace en una red LoRaWan no generará ningún conflicto. Debido a que solo tiene un "cerebro": el servidor LoRaWan, ejecutará la siguiente lógica "inteligente":

Informe para reducir la redundancia: si varias puertas de enlace reciben un paquete, el servidor reconocerá este paquete "repetido" basándose en ID y FCNT, solo una de las copias.

Puerta de enlace seleccionada: el servidor siempre selecciona la puerta de enlace correcta (a menudo la "mejor intensidad de señal"), lo que le permite iniciar el marco de datos.

Lorawan de tamaño medio: localización de servidores

Lorawan de tamaño medio: nube de servidores

6. Lorawan grande (humanos modernos)

La intención original de Lorawan: el IoT "a nivel de telecomunicaciones" para regiones, países y el mundo, es un plan ambicioso.

Como se muestra en la figura siguiente, con la ayuda de la tecnología 3G/4G, muchas puertas de enlace de Lorawan están conectadas al servidor; El servidor del cliente proporciona almacenamiento masivo y computación inteligente; cómodo acceso a los datos e interacción para terminales autorizados (PC, smartphones, tablets, etc.).

En la actualidad, LoRa y NB-IoT (China), EMTC (EE. UU.), SIGFOX (Francia) y otras soluciones a nivel de telecomunicaciones tienen una fuerte competencia; al mismo tiempo, proporciona valiosas soluciones para la construcción de "IoT a gran escala".

Lorawan grande: servidor localizado

Lorawan grande: nube de servidores