LoRa란 무엇입니까? 기술 분석

"로라가 뭐야?" 누군가 나에게 이 질문을 할 때마다 이유도 모르고 어떻게 대답해야 할지 정확히 알기 어렵습니다. 그들은 묻고 있습니다. LoRa가 두 가지 이상을 참조할 수 있기 때문입니다.

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기술적으로 이것은 무선 변조 방식으로, 처프된 다중 기호 형식을 사용하여 정보를 인코딩하기 위해 전파를 조작하는 방법입니다.

로라 LoRa 칩 및 게이트웨이를 포함하여 변조를 지원하는 시스템을 의미하기도 합니다.

가끔 IoT 애플리케이션용 LoRa 통신 네트워크를 나타냅니다.

기본적으로 LoRa는 저렴한 칩에서 매우 우수한 수신기 감도와 낮은 BER(비트 오류율)을 얻을 수 있는 영리한 방법입니다. 이는 데이터 속도가 낮은 애플리케이션이 비슷한 가격의 다른 무선 기술을 사용하는 것보다 LoRa를 사용하여 훨씬 더 긴 범위를 얻을 수 있음을 의미합니다.

때때로 사람들은 LoRa라고 말합니다. LoRaWAN을 의미할 때 .

그러나 LoRaWAN은 다릅니다. Semtech의 LoRa 변조 방식을 사용하여 구축된 LoRa 위에 구축된 MAC(Media Access Control) 계층 프로토콜입니다. 그러나 LoRaWAN은 산업용(사설 네트워크) 애플리케이션에 거의 사용되지 않습니다. 모든 채널이 동일한 주파수로 조정되기 때문에 공용 광역 네트워크에 더 적합합니다. 단일 영역 사용의 경우 충돌 문제를 피하기 위해 하나의 네트워크만 작동하는 것이 좋습니다.

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네트워크의 모든 게이트웨이는 동일한 서버에 다시 연결되어 있으므로 전송에 응답할 게이트웨이를 결정하는 것은 서버의 작업입니다. 대규모 네트워크에서 주어진 전송은 일반적으로 여러 수신기에서 들을 수 있습니다. 그런 다음 서버는 하나의 게이트웨이에 응답하도록 지시하고 다른 게이트웨이에 전송을 무시하도록 지시합니다. 이 프로세스는 단일 게이트웨이가 전송 중이고 겹치는 게이트웨이가 단순히 다른 전송을 수신할 수 있기 때문에 다운링크 및 ​​업링크 충돌을 방지하는 데 도움이 됩니다. (여기에서 LoRaWAN에 대한 자세한 내용을 읽을 수 있습니다.)

많은 사람들이 깨닫지 못하는 것은 LoRaWAN의 기본 기술인 LoRa를 없이 사용할 수 있다는 것입니다. LoRaWAN을 사용합니다. 예를 들어 Link Labs의 Symphony Link는 Semtech의 칩 위에 독점 MAC 계층을 사용하며 IoT 장치를 클라우드에 안전하게 연결할 방법이 필요한 기업 및 산업 고객에게 더 잘 맞는 추가 기능을 제공합니다. 다른 프로토콜에 LoRa 칩을 사용하는 회사가 많이 있습니다. 그들을 찾기만 하면 됩니다.

"LoRa란 무엇입니까?"에 대한 기술적인 답변

기술적인 관점에서 LoRa는 독특하고 멋진 변조 형식입니다. 이 비디오는 내가 찾은 최고의 LoRa 인트로입니다. (주의 사항:매우 기술적인 작업입니다.)

SX1272 및 SX1276 트랜시버 칩을 포함하여 Semtech LoRa IOT 부품에 의해 생성된 LoRa의 변조 형식은 "주파수 변조(FM) 처프"로 가장 잘 설명됩니다. LoRa를 가능하게 하는 핵심 IP는 frac-N PLL(Phase Lock Loop)을 사용하여 안정적인 처프를 생성하는 기능입니다. 핵심 LoRa 특허를 읽을 수 있습니다. 다른 변조 형식에는 FSK(주파수 편이 변조), PSK(위상 편이 변조) 등이 있습니다. "LoRa가 무엇인가요?"라고 물을 때 기억하는 것이 중요합니다. LoRa 자체는 물리적(RF 매체) 계층 위의 시스템 기능을 설명하지 않습니다.

LoRa IoT 프로토콜

물리적 레이어(물리적 레이어 1) 무선 구성 요소

Semtech는 2012년 프랑스 Grenoble의 Cycleo SAS를 500만 달러에 인수하여 LoRa 무선 기술을 인수했습니다. 저렴한 가격!

LoRa 메시지를 처리할 때 일정한 램프 처프 신호를 필터링하는 모뎀 기능으로 인해 추가 처리 이득이 달성됩니다. 이것이 높은 감도가 달성되는 방법입니다. LoRa 신호에 대한 "잠금"을 달성하기 위해 긴 "일정한 처프" 프리앰블이 전송됩니다. (그림 1 참조) 이것이 바로 LoRa의 힘입니다. 저렴한 크리스탈과 저렴한 칩으로 매우 높은 감도를 얻을 수 있다는 것입니다.

그림 1. Semtech LoRa 서문

이 프리앰블은 "심볼"의 가변 수로 설정될 수 있으며, 이는 단지 처프 수입니다. 상상할 수 있듯이 한 LoRa 송신기와 다른 LoRa 송신기의 프리앰블 간에 선택성이 없습니다. 올바른 주파수와 올바른 처프 속도로 일정한 첩이 있는 경우 LoRa 복조기는 의도한 시스템에서 온 것인지 여부에 관계없이 이를 듣습니다. 정기적인 전력 간섭에 대처할 수 있도록 LoRa 수신기 시스템 관리 및 LoRa 간섭은 매우 중요하며 Symphony Link의 핵심 부분입니다.

LoRa 모뎀이 프리앰블 신호에 "고정"되면 그림 1에서 볼 수 있는 "역방향 처프"로 프리앰블의 끝을 알립니다.

그런 다음 M-ARY FSK 기호와 매우 유사하게 작동하지만 대신 처프에서 발생하는 일련의 "기호"가 있는 데이터 전송이 시작됩니다. 그림 2를 참조하십시오.

그림 2. LoRa 데이터 변조

LoRa의 또 다른 강력한 기능은 처프 속도가 다르다고 가정할 때 동일한 주파수에서 여러 "직교" 또는 동시 신호를 복조하는 기능입니다. 데이터시트에서 LoRa 처프 속도는 "확산 계수"라고 하며 확산 계수가 높을수록 느린 처프를 나타냅니다. 이 기능은 Semtech의 SX1301 칩에서 지원됩니다. 모든 Link Labs 게이트웨이 시스템에는 많은 동시 LoRa 처프를 동시에 디코딩할 수 있는 기능이 있어 초대형 네트워크를 구축할 수 있습니다.

개발자를 위한 LoRaWAN 게이트웨이 예시를 참조하십시오.

이러한 LoRa 네트워크 또는 시스템을 구축하려면 엄청난 양의 개발이 필요합니다. LoRa에서 작동하는 무선 시스템으로 이동하는 것은 BPSK 무선 칩에서 WiFi 네트워크로 이동하는 것과 유사합니다. 게이트웨이, 리피터, 주소 지정, 적응형 데이터 속도, 메시지 재시도, 메시지 승인 및 고용량 OFDM 다운링크 신호를 포함하는 대규모 네트워크의 OSI 레이어 2 이상 기능은 LoRaWAN 및 Symphony Link와 같은 시스템의 기능입니다.

» Link Labs의 Symphony Link 시스템에 대해 자세히 알아보십시오.

로라 얼라이언스

Link Labs가 초기 회원이었던 LoRa Alliance라는 LoRa의 MAC 기능을 표준화하려는 움직임이 있었습니다. LoRa Alliance는 비인가 스펙트럼을 사용하여 네트워크의 IoT 장치와 통신하려는 모바일 네트워크 사업자가 사용할 LoRaWAN 프로토콜을 개발했습니다.

대조적으로, Symphony Link는 Link Labs와 LoRa의 범위를 사랑하지만 LoRaWAN에서는 사용할 수 없는 수준의 성능이 필요한 고객이 개발한 표준화된 프로토콜입니다. 특히 ITU 지역 2(915MHz ISM 대역)에 중점을 둡니다. LoRaWAN은 ETSI 송신기 듀티 사이클 제한이 네트워크에서 기지국이 수행할 수 있는 역할을 크게 제한하는 ITU 지역 1에 이상적으로 적합합니다.

LoRa용 LoRa Alliance 프로토콜인 LoRaWAN에 대한 세부 정보:

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LoRaWAN은 다수의 엔드포인트와의 충돌을 최소화하도록 설계된 다중 액세스 프로토콜의 서버 측 구현입니다. 네트워크 연결을 통해 MAC 기능을 실행하려면 서버 애플리케이션이 필요합니다.

LoRaWAN 네트워크 아키텍처는 일반적으로 게이트웨이가 최종 기기와 백엔드의 중앙 네트워크 서버 간에 메시지를 전달하는 투명한 브리지인 별 모양 토폴로지로 구성됩니다.

고객 로직이 네트워크 서버에 내장되어 있습니다.

주로 엔드포인트가 많은 업링크 전용 애플리케이션 또는 다운링크 메시지가 몇 개만 필요한 애플리케이션용으로 설계되었습니다(애플리케이션 또는 엔드포인트 수로 제한됨).

동일한 네트워크 내의 게이트웨이는 동기화가 필요합니다.

최종 장치와 게이트웨이 간의 통신은 서로 다른 주파수 채널과 데이터 속도로 분산됩니다. 데이터 속도의 선택은 통신 범위와 메시지 지속 시간 간의 균형입니다.

다른 데이터 속도는 서로 간섭하지 않으며 게이트웨이의 용량을 증가시키는 "가상" 채널 세트를 생성합니다.

LoRaWAN 네트워크 서버는 일반적으로 24시간마다 업데이트되는 적응형 데이터 속도(ADR) 체계를 통해 각 최종 장치의 데이터 속도와 RF 출력을 개별적으로 관리합니다.

다중 보안/암호화 계층(네트워크 수준 및 애플리케이션 수준의 EUI64 및 기기별 키 EUI128)

암호화 및 인증을 위한 AES CCM(128비트)

868 대역에서 전송 시간에 대한 ETSI 1% 및 10% 듀티 사이클의 범위 내에서 작동

1초에서 128초마다 비콘을 폴링할 수 있는 다운링크 노드에 대한 클래스 B의 초안 개정(IBM의 LMiC를 사용하여 현재 사용 가능한 엔지니어링 프로토타입) 비콘 기간은 128초(2^n)이며 여기서 n은 0에서 7입니다.

모든 게이트웨이가 동일한 업링크 채널을 수신하므로 안테나 다양성

LoRa 연결 사용

일부 회사는 실외 자산 추적과 같은 흥미로운 방식으로 전체 LoRa/LoRaWAN 기술 스택을 사용하고 있습니다. 예를 들어, 중국의 자전거 공유 회사인 Ofo는 자전거에 LoRa 장치와 무선 무선 주파수 기술을 장착하여 자전거의 위치를 ​​정확히 찾아내고 있습니다. 이 회사는 현재 중국의 180개 이상의 도시에서 사업을 운영하고 있습니다.

LoRa 네트워크 활용의 또 다른 예는 캘리포니아 산타 로사(Santa Rosa)에 본사를 둔 PNI Sensor입니다. PNI는 LoRaWAN 기반 무선 연결을 사용하여 실시간 도시 주차 데이터를 제공하므로 운전자가 노상 및 노상 공영 및 사설 주차 관리를 위해 사용 가능한 주차 공간을 쉽게 찾을 수 있습니다. 최종 목표는 운전자가 주차 공간을 찾기 위해 반복적으로 걸음을 재촉함으로써 발생하는 교통 혼잡과 탄소 배출량을 줄이는 것입니다.

농업(관개/수위 모니터링 및 해충 방제용), 유틸리티(스마트 전기 계량기, 조명 및 에너지 관리 시나리오용) 및 건물 건설(건물 문용)을 비롯한 많은 산업 분야에서 IoT 장치용 개방형 LoRaWAN 표준을 활용하고 있습니다. 및 창 센서 및 건물 구조적 건강 응용 프로그램).

LoRaWAN이 아닌 LoRa 기반 네트워크를 사용하는 회사도 많이 있습니다.

LoRa를 사용하여 IoT 장치 배포

LoRaWAN은 통신 사업자 소유 및 운영 공용 네트워크를 구축하려는 경우 프로토콜에 대한 훌륭한 선택입니다. 이 분야에서 많은 하드웨어 및 네트워크 서버 제공업체가 경쟁하고 있으므로 선택의 폭이 매우 넓습니다. 이는 큰 이점입니다. 그러나 LoRaWAN 주변에서 시스템을 개발하고 배포하는 프로세스는 매우 복잡하며 무선 주파수 프로토콜이나 무선 시스템 및 계획에 대한 전문 지식이나 경험이 많지 않은 경우 어려울 것입니다. 또한 LoRaWAN™ 네트워크를 배포하는 것이 귀하의 요구 사항을 충족하는지 고려해야 합니다. 어떤 경우에는 클라우드에 연결하기 위해 이미 작성된 노드에 데이터를 보내기만 하면 되는 사용자 지정 프로토콜을 사용하는 것이 더 나을 수 있습니다. 예를 들어 Symphony Link를 사용하는 경우 이미 이 작업을 완료했습니다.

애플리케이션에 적합한 네트워크가 무엇이든 개발 키트를 사용하면 테스트와 프로토타이핑이 더 쉬워집니다. 다음은 선택한 기술을 시작하는 데 권장하는 몇 가지 개발 키트입니다.

LoRaWAN을 시작하려면 Multi-Tech Systems Inc.의 이 개발 키트를 사용해 보십시오.

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