Med utvecklingen av IoT-tekniken (Internet of Things) flera olika typer av IoT-kommunikation skapats och blomstrat, som Wi-Fi och Bluetooth. En annan typ av IoT-kommunikation som skapades genom IoT-teknikens genombrott är LoRa. LoRa-teknologi (kort för Long Range, lång räckvidd) är ett trådlöst kommunikationssystem som gör att mindre mängder data kan distribueras över ett stort område. Det är en teknik som är mycket vanlig i IIoT-industrier, särskilt i långväga, lågeffekttillämpningar. Tekniken är mycket känslig och kan identifieras även om det bara finns en svag signal, vilket gör att den kan nå ett mycket längre avstånd.
Det blir bara starkare också. Enligt Statista förväntas LoRa-anslutningar nå 730 miljoner år 2023, jämfört med 470 miljoner år 2022, vilket visar dess betydelse för IoT-industrin för det kommande året.
“LoRa-enheter och nätverk som LoRaWAN® möjliggör smarta IoT-applikationer som löser några av de största utmaningarna som vår planet står inför: energihantering, minskning av naturresurser, föroreningskontroll, infrastruktureffektivitet och katastrofförebyggande. Semtechs LoRa-enheter har samlat flera hundra kända användningsfall för smarta städer, hem och byggnader, samhällen, mätning, leveranskedja och logistik, jordbruk och mer. Med hundratals miljoner enheter anslutna till nätverk i mer än 100 länder, och växande, skapar LoRa en smartare planet.”
Semtech
Hur fungerar LoRa-tekniken?
LoRa är en trådlös moduleringsteknik utvecklad av Semtech, baserad på tekniken Chirp Spread Spectrum (CSS). Små pulser som kallas “chirp-pulser” används för att koda information via radiovågor. LoRa-modulerad överföring kan tas emot över ett brett intervall av avstånd och är resistent mot störningar.
Applikationer som överför små mängder data med låga bithastigheter är perfekta för LoRa. Jämfört med tekniker som WiFi, Bluetooth eller ZigBee kan data skickas över ett längre avstånd. Tack vare dessa egenskaper är LoRa ett bra val för lågeffektsensorer och ställdon.
De licensfria sub-gigahertz-banden, såsom 915 MHz, 868 MHz och 433 MHz, är lämpliga för LoRa-drift. För att uppnå snabbare datahastigheter än sub-gigahertz-band kan det även köras på 2,4 GHz, men på bekostnad av räckvidden. Dessa frekvenser faller inom de globala ISM-banden, som endast används för industriella, vetenskapliga och medicinska tillämpningar.
Ur nätverkssynpunkt utvecklar LoRa helt enkelt ett fysiskt lager för trådlös transport, till exempel ett transceiverchip. Oförmågan att kontrollera trafik för datainsamling och hantering av slutpunktsenheter innebär att den saknar lämpliga nätverksprotokoll. Det är här LoRaWAN, även känt som långdistans-WAN, kommer in i bilden.
Vad är LoRaWAN?
LoRa Alliance har skapat och underhåller LoRaWAN, en öppen, molnbaserad standard som underlättar trådlös enhetskommunikation. I huvudsak kombinerar LoRaWAN nätverk med LoRa trådlös teknologi och adderar säkerhetsfunktioner som nodautentisering och datakryptering. Dess syfte är att trådlöst länka bärbara elektroniska enheter till internet i lokala, regionala och internationella nätverk.
LoRaWAN-specifikationen är en standard som, mest avgörande, möjliggör smidig integration mellan enheter från olika tillverkare. Antagandet av LoRa-teknik i IoT-sektorn har accelererat delvis på grund av denna enda orsak.
I själva verket, enligt LoRa Alliance, finns det för närvarande 181 LoRaWAN-nätoperatörer spridda över världen. Utöver detta har ABI Research kommit fram till att 2026 kommer LoRa att stå för mer än en fjärdedel av LPWA-nätverksanslutningarna, vilket skulle göra det till den ledande icke-cellulära LPWA-tekniken.
Så, hur fungerar LoRaWAN?
LoRaWAN-arkitekturen består av fyra huvuddelar:
- Ändnoder
- Gateway
- Nätverksserver
- Applikationsserver
Ändnoder
Ändnoder är enheter som är placerade i kanten av nätverket. De har ofta sensorer installerade för att regelbundet samla in och övervaka data. Vanligtvis har de formen av en lågeffektmikrokontroller som kan arbeta i fält i många år utan något underhåll och är utrustad med en lågeffekts LoRa-sändare för att kommunicera datapaketen till gatewayen.
Gateways
Anslutningen mellan nätverket och noderna görs av LoRaWAN-gateways. De använder en LoRa-koncentrator för att samla in data från ändnoderna och skicka den till nätverksservern över en offentlig eller privat nätverksinfrastruktur. Eftersom paketvidarebefordran är deras huvudsakliga användning, betraktas gateways som paketbefordrare.
Nätverksserver
Applikationsservern tar emot all data som Cloud LoRa-servern konsoliderar efter att ha tagit emot den från gateway:erna. Things Network är en utmärkt illustration av en nätverksserver (TTN).
Applikationsserver
Du kan använda applikationsservern för att visuellt eller analytiskt tolka data. Dessutom kan du infoga datapunkterna i en plattform för att vidta en åtgärd, som att slå på regnvattenpumpar för jordbruksmiljöer eller öppna fönster i växthus för att bibehålla en specifik fuktighetsnivå. Även aviseringstjänster kan ställas in för att varna tekniker när ett möjligt problem kan uppstå.
Varför behöver smarta fabriker LoRa?
Smarta fabriker fokuserar på ett datadrivet tillvägagångssätt för att hantera sina anläggningar, förbättra processer och upptäcka eventuella problem som kan uppstå. De gör detta genom sammankopplade nätverk av maskiner, enheter och kommunikationsverktyg. LoRa och LoRaWAN kan hjälpa smarta fabriker att bli mer effektiva och produktiva tack vare deras långa räckvidd och låga strömförbrukning. Se nedan på några av de många sätt LoRa kan förbättra och effektivisera vardagliga arbetsprocesser:
Tillgångs- och anläggningsövervakning
Användningen av telemetri och geolokaliseringsdata i en industriell IoT-lösning ger en tydlig bild av hur tillgångar fungerar. För IT- och driftsteknikmiljöer förbättrar sensorer insikten i fysiska utrymmen. För att öka operativ effektivitet, minska stölder och optimera logistiken kan geolokaliseringsdata användas för att spåra och övervaka tillgångar och deras platser.
Miljöövervakning
Temperatur och luftfuktighet, stängd/öppen dörrstatus, belysningsnivåer och närvaro kan alla mätas med LoRaWAN-sensorer. Privat data återvinns med hjälp av LoRaWAN-nätverket och levereras till ett SCADA-system för visualisering och arkivering.
Fabriksautomation
Genom att ansluta Modbus-data till ett privat LoRaWAN-nätverk kan du hämta data från fjärrtillgångar med hjälp av intelligenta sensorer som kan vara kilometer bort genom solida hinder som byggnader, väggar och andra fasta föremål. Eliminera manuella dataåterställningsmetoder och kostsamma kablar som ofta leder till brister i systemen.
Smart industriell förvaltning
Sensorer kan användas för att fjärrövervaka utrustning och fordon för att hantera resurser. Detta inkluderar elektrisk strömtestning, temperaturavläsningar, vattenmätare, ångfällor för tung utrustning som gaffeltruckar, lastbilar, dieseltankbilar och grävmaskiner och betongblandare.
Övervakning av Co2-nivå
Med hjälp av LoRaWAN och LoRa-baserade CO2-sensorer som används i kontorsbyggnader och arbetsytor kan du övervaka ventilationen, säkerställa att det finns tillräckligt med naturligt ljus, hantera ljudnivåer och förbättra andra delar av de anställdas välbefinnande.
Fördelar med LoRa-teknik för smarta fabriker
Olika prioriteringar behövs för varje smart fabrik och smart tillverkningsanläggning. Som ett resultat kan LoRa-lösningen utökas för att möta behoven i olika projekt med följande fördelar:
- Öka operativ effektivitet.
- Göra arbetsplatsen mer idealisk.
- Hålla koldioxidutsläpp låga för att skydda miljön.
- Kostnads- och energibesparingar.
- Känna igen potentiella brister och risker.
- Maximera användningen av personal och resurser.
Fördelar med att använda LoRaWAN för smarta fabriker
- Lång sändningsräckvidd
- Låg strömförbrukning
- Låg kostnad
- Fjärrkonfiguration
- Trådlös datainsamling utan kabeltrassel
- Tolerans för latens med föreslagna rapportintervall
Rekommenderade LoRa-produkter
Seeed Studio LoRaWAN Gateway-modul
Arduino Edge Control Kit
M5Stack LoRa kommunikationsmodul
Utvärderingskort med LoRa Tracker och GPS-modul
SparkFun expLoRaBLE LoRa Thing Plus utvecklingskort
Adafruit FeatherWing RadioFruit-kort med LoRa-radio
Frågor och svar
LoRa och Wi-Fi används för olika ändamål. En kort jämförelse av dessa två teknologier är följande: Wi-Fi skickar stora mängder data snabbt över en kort sträcka, medan LoRaWAN skickar små mängder data flera gånger per timme eller dag på avstånd över flera kilometer.
Den enda kommunikationskanal som en LoRaWAN-nod kräver är LoRaWAN-nätverket. Gatewayen kommer dock att behöva en molntjänst, som TTN (The Things Network).
LoRa-överföringar kan tränga igenom metall, betong och glas. Denna förmåga att tränga genom ytor är anledningen till att den kan vara fördelaktig jämfört med andra nätverk som Wi-Fi.
I tätorter kan LoRa nå upp till fem kilometer och upp till 15 kilometer eller mer på landsbygden.
Dess långa och djupa penetreringsförmåga gör LoRa till en idealisk lösning för smarta underjordiska gruvtillämpningar.
