Möglichkeitsanalysebericht von LoRaWAN-Technologie angewendet am Strom/an der Wasserverbrauchsinformationssammlung

Mit der Entwicklung des Internets von Sachen, haben viele IoT-Anwendungen kleine Datenpakete, größere Toleranz für Verzögerungen und Bedarf, in einer breiten Palette eingesetzt zu werden oder sind in Fern, Untertage und andere schwer abgeschirmte Plätze, mit vorhandener drahtloser Kommunikation oder dem Signal der Mobilkommunikationstechnologie ist nicht einfach zu erreichen. Für das oben erwähnte Problem sind Langstrecken- und Niederleistungskommunikationstechnologien entwickelt worden, zusammen gekennzeichnet als Netz des weiten Bereichs der geringen Energie (LPWAN). LPWAN hat die Vorteile der Leistungsaufnahme der geringen Energie, Langstrecken und große Verbindung, also ist es für Anwendungen passend, die eine breite Palette der Entwicklung und kleine Menge der Datenübertragung erfordern. Es ist für die Anwendungsanforderungen der Datenerfassung intelligenter Energiemeter sehr passend. LPWAN kann in zwei Lager unterteilt werden: autorisiertes Frequenzband und nicht autorisiertes Frequenzband entsprechend dem Frequenzband verwendeten. Die ohne Lizenz Technologie des Frequenzbandes LPWAN entwickelte früheres, und die Haupttechnologie ist LoRaWAN.

1. Einleitung zu LoRaWAN

LoRaWAN ist ein Satz Übertragungsprotokoll und Systemarchitektur, die für Langstreckenkommunikationsnetz LoRa bestimmt sind. Es definiert, wie Daten in das LoRaWAN-Netz übertragen werden (das Netz hier bezieht sich Knoten, Zugänge und auf Server), definiert den Nachrichtentyp, die Datenrahmenkonstruktion und die Sicherheitsverschlüsselungsmethode; und stellt die Einzelgeschäfte des Netzes vor und erklärt den Unterschied zwischen Meister und Sklavengeräten.

Im Entwurf des Protokolls und der Netzwerk-Architektur, betrachtet LoRaWAN völlig einige Faktoren wie Knoten-Leistungsaufnahme, Netzkapazität, Sicherheit und Netzanwendungsverschiedenartigkeit.

2. LoRaWAN-Netzwerk-Architektur

LoRaWAN-Netzwerk-Architektur-Diagramm

Eine LoRaWAN-Netzwerk-Architektur umfasst vier Teile: Anschluss, Basisstation, NS (Netzwerk-Server) und Applikationsserver. Stern- und Mobilfunknetztopologien werden zwischen Basisstationen und Anschlüssen verwendet. Wegen der Langstreckeneigenschaften von LoRa, Einzelhopfengetriebe kann zwischen ihnen verwendet werden. Der Terminalknoten kann zu den mehrfachen Basisstationen gleichzeitig senden. Die Basisstation vorwärts die LoRaWAN-Protokolldaten zwischen dem NS und dem Anschluss und trägt die LoRaWAN-Daten bezüglich des LoRa-Hochfrequenzgetriebes und des TCP/IP beziehungsweise.

3. Überblick über LoRaWAN-Protokoll

3,1 Klassifikation von Terminalknoten

Im Hinblick auf technische Spezifikationen ist die Übertragungsrate von LoRaWAN über 30bit/s-50kbit/s, ist der Getriebeabstand ungefähr 2-5 Kilometer im Stadtgebiet, und das längste kann 15 Kilometer in den Vororten erreichen. Es stützt Zweiweggetriebe und die Getriebemethode hängt von den Verzögerungsanforderungen ab und Funktionen der Leistungsaufnahme können in drei Niveaus unterteilt werden: Grundlinie (Klasse A), Leuchtfeuer (Klasse B) und ununterbrochenes (Klasse C). Die Klasse, die eine Methode nur, wann das ABTD-Terminal einen Antrag sendet, die Leistungsaufnahme überträgt, ist das niedrigste. Sie wird in den Wasserzählern und in den Gaszählern verwendet. Klasse C bedeutet ununterbrochene Datenübertragung, mit der kürzesten Laufzeitzeit. Klasse C wird im Allgemeinen in den Stromzählern benutzt.

3,2 Uplink- und Downlinkgetriebe von Terminalknoten

Dieses ist das Relaisdiagramm der Klasse ein Uplink und ein Downlink. Z.Z. beginnt das empfangende Fenster RX1 im Allgemeinen 1 zweites nach dem Uplink, und das empfangende Fenster RX2 beginnt 2 Sekunden nach dem Uplink.

Klasse C und A sind im Allgemeinen die selbe, außer dass, wenn Klasse A schläft, öffnet sie das empfangende Fenster RX2.

3,3 Methode des Terminalknotens dem Netz sich anschließen

Es gibt zwei Möglichkeiten, sich dem Netz anzuschließen: Über der - Luft-Aktivierung (OTAA) und Aktivierung durch Personifizierung (ABP).

Handels-LoRaWAN-Netze folgen im Allgemeinen dem OTAA-Aktivierungsprozeß, damit Sicherheit garantiert werden kann. Diese Methode muss die drei Parameter, einschließlich vorbereiten: DevEUI, AppEUI und AppKey.

DevEUI ist a global - einzigartige Identifikation, die IEEE EUI64 ähnlich ist, das ein einzigartiges ABTD-Terminal identifiziert. Es ist mit dem MAC address des Gerätes gleichwertig.

AppEUI ist a global - einzigartige Identifikation, die IEEE EUI64 ähnlich ist, das einen einzigartigen Anwendungsanbieter identifiziert.

AppKey wird dem Anschluss vom Inhaber der Anwendung zugewiesen.

Anschluss leitet „sich anschließen“ Befehl ein, und der NS (Netzwerk-Server) bestätigt, dass es korrekt ist, es antwortet auf den Anschluss und zuweist die Endsystemadresse DevAddr (32-Bit-Identifikation). Beide Parteien verwenden die relevante Information in der Netz Antwort und dem AppKey, erzeugen Sitzungsschlüssel NwkSKey und AppSKey, die verwendet werden, um Daten zu verschlüsseln und zu überprüfen.

Wenn die zweite Screening-Methode (ABP-Aktivierung) angewendet wird, konfigurieren Sie direkt die abschließenden Kommunikationsparameter von DevAddr, von NwkSKey und von AppSKey, und schließen Sie sich Prozess wird angefordert nicht mehr an. In diesem Fall kann das Gerät Anwendungsdaten direkt senden.

3,4 Datenübertragung und Aufnahme

Nach schließen Sie sich dem Netz, die Anwendungsdaten wird verschlüsselt an.

Es gibt zwei Arten LoRaWAN-Datenfeld: Bestätigt oder unbestätigt d.h. die Art, die Antwort und andere erfordert, die nicht Antwort erfordert. Hersteller können die passende Art entsprechend Anwendungsbedarf wählen.

Darüber hinaus kann es von der Einleitung gesehen werden, dass LoRaWAN zur Umfeldaufgabeverschiedenartigkeit ist. Zusätzlich zur Anwendung von AppEUI, um Anwendungen zu teilen, kann der FPort-Anwendungshafen auch benutzt werden, um Daten während des Getriebes separat zu verarbeiten. Die Wertstrecke FPort ist (1~223), das durch die Anwendungsschicht spezifiziert wird.

3,5 ADR-Mechanismus

Es gibt einen ausgebreiteten Faktor in LoRa-Modulation, und verschiedene ausgebreitete Faktoren haben verschiedene Getriebeabstände und -Übertragungsraten und haben keinen Einfluss auf Datenübertragung.

Um die LoRaWAN-Netzkapazität zu erweitern, ist ein Mechanismus der LoRa-Raten-Anpassung (anpassungsfähige Daten RateADR) im Protokoll entworfen. Geräte mit verschiedenen Getriebeabständen verwenden die schnellste Datenrate, die entsprechend den Getriebezuständen möglich ist. Dieses macht auch die Gesamtdatenübertragung leistungsfähiger.

4. LoRaWAN-Eigenschaften

LoRaWAN hat die Eigenschaften der drahtloser Übertragung, der starken Entstörungsfähigkeit, der verschlüsselten Kommunikation, der breiten Abdeckung, der Leistungsaufnahme der geringen Energie, der großen Verbindung und der niedrigen Kosten.

Langstrecken: LoRa erzielt ungefähr zweimal den Kommunikationsabstand der Mobiltelefontechnologie.

Große Kapazität: Viele Knoten von IoT und ein LoRaWAN-Netz können zehn Tausenden Knoten leicht anschließen.

Einfache Kapazitätserweiterung: Wenn ein LoRaWAN-Netz seine Kapazität erhöhen muss, addieren Sie einfach einen Zugang.

Sicherheit: LoRaWAN ist ein doppel-verschlüsseltes Internet von Sachen. Es ist für die Informationsanwendung des Stromzählers passend.

5. Spezifikation von LoRaWAN-Zugang

5,1 Zugang

5,2 LoRaWAN-Modul

Leistungsaufnahme der geringen Energie: Niedrigster Bereitschaftsstrom ist 1.5uA

Hohe Empfindlichkeit: Sie kann -139dBm@SF12/125KHz erreichen

Entstörungs: Leistungsstarke Erweiterungsfrequenzkommunikation und leistungsfähiger Zyklus, der Fehlerkorrektur verschachtelt

Starke Durchdringungsfähigkeit, seine Abdeckungsstrecke kann erreichen mehr als 2km.

6. Prüfbericht

6,1 Abstandsprüfung

In einer Luftlinie von 3.7KM von Wuhan Radarking Electronics Corp., ist die Signalstärke -94, ist das SNR -6,0, und die eingebauten Datenpakete der Antenne und der Außenantenne sind normal.