Comment choisir le produit du module LoRa

Le module LoRa est devenu une étoile montante de la technologie de communication de l'Internet des objets grâce à son avantage « longue distance et faible consommation d'énergie ». Avec ses avantages évidents : grande capacité, normes mondiales unifiées, bandes de fréquences libres, faible coût et flexibilité, comme le WiFi, il est devenu le premier choix de « l'Internet des objets privé » (le NB-IoT, comme le GPRS, est un « objet public »). ", objets publics. La solution d'Internet). Comment choisir le produit module LoRa le plus approprié pour devenir la conception de haut niveau de l'Internet des objets. Pour cette raison, nous discutons ensemble.

1. Éléments de construction

La demande est la source du projet ! De la même manière, construire un Internet des objets nécessite d’abord les besoins suivants :

1.1 Distances

En raison des caractéristiques longue distance, le courant dominant de l'Internet des objets LoRa est le « réseau en étoile », ce qui signifie que la distance fait référence à la distance de communication entre le nœud le plus éloigné et la passerelle, comme le montre la figure ci-dessus.

Dans les mêmes conditions de « puissance d'émission + débit de communication + antenne », la distance de communication du module LoRa dépend sérieusement du terrain et de l'environnement, tels que : les ballons à gaz à haute altitude atteignent 40 km ; La communication entre 2 sommets de montagne ou tour de fer atteint 15 km et la communication dans les zones ouvertes a atteint la zone ouverte. La communication atteint la zone ouverte. 5km... Parce que l'environnement de communication sans fil est différent, il ne peut être basé que sur la « vision vide » ; d'autres environnements prévaudront.

3 méthodes avec une distance de communication insuffisante :

① Réduire le débit de communication peut augmenter la sensibilité de réception ;

② Remplacez l'antenne à gain élevé et ajustez la direction de l'antenne ;

③ Augmentez la passerelle et couvrez efficacement les angles morts du signal.

LinkLabs a annoncé une méthode de calcul de la distance du réseau LoRa. Comme le montre la figure ci-dessus, c’est très intéressant. Faites glisser quelques variables sur la gauche et la distance de communication effective sera automatiquement calculée sur la droite.

Le lien de cette méthode est : https://www.link-labs.com/symphony 

1.2 Échelle

L'échelle est le dicton populaire du « numéro de nœud », qui est une variable facile à compter.

1.3 Bande passante

La bande passante ici, le nom le plus populaire est la demande de « débit réseau », et son unité est « Bit par seconde ».

Tels que : 100 nœuds, chaque nœud, 37 octets sont rapportés toutes les 60 secondes, car le protocole Lorawan doit généralement ajouter 13 octets de « métadonnées » (tête de trame et test), alors la « bande passante » requise est :

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

1.4 Consommation d'énergie

Si le terminal et le capteur (ou le driver) sont alimentés par la batterie, l'économie d'énergie sera un indicateur important.

Grâce à la fonctionnalité "Synchronous" de Lorawanclass A, la fin du terminal est très bonne.

Généralement, la consommation d'énergie est calculée par « mode + courant + durée ».

En prenant le nœud Lorawan de Rymi comme exemple, dans différents modes de fonctionnement, la consommation électrique est la suivante :

Dormation = 1,6ua, écoute = 13mA, lancement (17dbm) = 88mA.

Il y a un terminal LORAAWAN et envoie une trame de données pendant environ 10 minutes, environ 1000 ms ; selon l'accord, après l'envoi, il peut être réveillé en 1 seconde. Le temps d'écoute est de 160 ms et le temps de réception est de 1000 ms ; d’autres moments sont en sommeil dormant. En 10 minutes (600 secondes), la consommation énergétique est la suivante :

Envoi : 1000 ms *88ma = 88mA.S

Réception : 1160 ms *13 mA = 15,08 mA.s

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

Consommation électrique moyenne : (88 +15,08 + 0,96) MA.S / 600S = 0,17ma

L'énergie électrique totale des piles AA (Nanfu ou Shuanglu) est d'environ 2 400 mAh, et la durée de fonctionnement est de : 2 400 mAh / 0,17 mA = 14 118 h = 1,6 an.

1.5 Topologie

Lorsque l’échelle des nœuds du réseau augmente, davantage de passerelles sont nécessaires pour la prendre en charge. Cela utilisera la connexion au niveau du réseau de type « multi-étoiles ». Pour plus de détails, veuillez vous référer au « Lorawan moyen/grand » ci-dessous.

1.6 Coût

Le coût est un sujet plus compliqué. Outre les coûts formels (achat d'équipement, construction de déploiement, etc.), il comporte également des coûts intangibles (débogage de développement, support technique, etc.).

Une méthode simple de calcul des coûts consiste à obtenir tous les coûts d’un IoT LoRa (coût formel + coût immatériel). À l'exception du nombre de nœuds, vous pouvez obtenir des « coûts de construction en un seul point ».

Il existe 2 principes de base pour les coûts LORA IoT :

Grande quantité : C’est le principe de base de l’économie de marché, non expliqué.

Maturité de l'industrie : L'industrie est élevée au début, car les coûts (R&D/fabrication/marketing/support, etc.) n'ont pas été « dilués ».

2. Point à point (animal unicellulaire)

Le système point à point LoRa a un petit nombre de scénarios d'application dans la réalité, tels que : utiliser la machine portative pour « nommer » le compteur d'énergie (compteur électrique/eau/gaz/chaud), la vanne de commande à distance, etc. Bien entendu, ses limites sont évidentes :

1. Il n'y a pas de mécanisme d'évitement : il n'y a pas de mécanisme LBT (Listenbeface Talk), si 2 nœuds ou plus sont envoyés en même temps, le signal radio sera endommagé et la communication échouera ;
2. Les nœuds de réception ne peuvent pas être à faible consommation d'énergie : les nœuds de réception doivent attendre le signal du nœud à tout moment pour dormir ;
3. Impossible d'organiser automatiquement le réseau : impossible de résoudre les conflits et la faible consommation d'énergie, le réseau est devenu la tour aérienne.

3.TDMA (âge du poisson)

Si les besoins de mise en réseau répondent aux conditions suivantes, vous pouvez utiliser le système Lora-TDMA.

1) Le nombre de nœuds est petit ;

2) Il existe une loi régulière en matière de déclaration et d'émission de communications ;

3) Les besoins en bande passante sont très faibles.

L'avantage de LoRa-TDMA est le suivant : mise en œuvre à faible coût d'un réseau à petite échelle.

Dans le même temps, ses inconvénients sont également évidents : la capacité du réseau est limitée et le délai augmente linéairement avec le nombre de nœuds. Comme le montre la figure ci-dessous, lorsque n = 10, un nœud doit attendre que (10 x emplacement) soit signalé avant de faire un rapport ; lorsque n = 100, vous devez attendre le temps de (100 x slot) avant que le rapport ne soit autorisé.

4. Petit Lorawan (âge des dinosaures)

Si le nombre de nœuds est petit, mais qu'il existe des exigences en matière de temps réel et de débit, choisir un petit Lorawan constitue une solution appropriée.

Ses avantages sont : 8 canaux, permettant de signaler 8 nœuds en même temps ; les normes sont unifiées et les équipements de chaque fabricant peuvent être connectés.

Si vous regardez attentivement, vous constaterez que dans l'architecture Lorawan, il y a toujours l'existence de Lorawan Server. Cela apporte de la complexité, même si le serveur cloud ne peut que réduire la complexité.

Petit Lorawan : localisation du serveur

Petit Lorawan : Serveur Cloud

5. Lorawan de taille moyenne (mammifère)

Lorsque vous avez besoin d'améliorer le « temps réel » ou la « capacité du réseau », l'ajout de la passerelle LoRaWan est un bon choix.

Comme le montre la figure ci-dessous, l'ajout d'une ou plusieurs passerelles dans un réseau LoRaWan n'entraînera aucun conflit. Parce qu'il n'a qu'un seul « cerveau » -LoRaWan Server, il exécutera la logique « intelligente » suivante :

Rapport pour réduire la redondance : si un paquet est reçu par plusieurs passerelles, le serveur reconnaîtra ce paquet « répété » en fonction de l'ID et du FCNT, une seule des copies.

Passerelle sélectionnée : le serveur sélectionne toujours la bonne passerelle (souvent la "meilleure force de signal"), lui permettant de lancer la trame de données.

Lorawan de taille moyenne : localisation du serveur

Lorawan de taille moyenne : Serveur Cloud

6. Grand Lorawan (Humains modernes)

L'intention initiale de Lorawan est l'IoT « au niveau des télécommunications » pour les régions, les pays et le monde, qui est un plan ambitieux.

Comme le montre la figure ci-dessous, grâce à la technologie 3G/4G, de nombreuses passerelles Lorawan sont connectées au serveur ; Le serveur client fournit un stockage massif et une informatique intelligente ; accès et interaction pratiques aux données pour les terminaux autorisés (PC, smartphones, tablettes, etc.).

À l'heure actuelle, LoRa et NB-IoT (Chine), EMTC (États-Unis), SIGFOX (France) et d'autres solutions de télécommunications font face à une forte concurrence ; en même temps, il fournit des solutions précieuses pour la construction d'un « IoT à grande échelle ».

Grand Lorawan : serveur localisé

Grand Lorawan : Serveur Cloud