लोरा और लोरावन का परिचय: लोरा क्या है और यह कैसे काम करता है?

संचार किसी भी IoT परियोजना के सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक है। अन्य "चीजों" (एक उपकरण क्लाउड / सर्वर) के साथ संवाद करने के लिए एक चीज़ की क्षमता वह है जो "इंटरनेट" को उसके नाम से जुड़ने का अधिकार देता है। जबकि संचार प्रोटोकॉल के टन मौजूद हैं, उनमें से प्रत्येक में एक चीज या दूसरे का अभाव है जो उन्हें IoT अनुप्रयोगों के लिए "पूरी तरह से उपयुक्त नहीं" बनाता है। बिजली की खपत, सीमा / कवरेज और बैंडविड्थ की प्रमुख समस्याएं।

अधिकांश संचार रेडियो जैसे Zigbee, BLE, WiFi दूसरों के बीच कम दूरी के हैं और अन्य, जैसे 3G और LTE, बिजली की भूखी हैं और उनके कवरेज क्षेत्रों की अवधि विशेष रूप से विकासशील देशों में गारंटी नहीं दी जा सकती है। जबकि ये प्रोटोकॉल और संचार मोड कुछ परियोजनाओं के लिए काम करते हैं, यह एक व्यापक सीमा लाता है जैसे; सेलुलर (जीपीआरएस, एज, 3 जी, एलटीई / 4 जी) कवरेज और उपकरणों के बैटरी जीवन में सकल कमी के बिना क्षेत्रों में IoT समाधान को तैनात करने में कठिनाइयाँ। इस प्रकार, आईओटी के भविष्य की परिकल्पना और सभी प्रकार के स्थानों में स्थित "चीजों" के सभी प्रकार के कनेक्शन के बारे में, आईओटी के लिए एक संचार माध्यम दर्जी की आवश्यकता थी, जो विशेष रूप से कम बिजली की आवश्यकताओं का समर्थन करता है, काफी लंबी रेंज।, सस्ता, सुरक्षित, और तैनात करना आसान है। यह वह जगह है जहाँ लोरा अंदर आता है।

लोरा (जो लांग रेंज के लिए खड़ा है) एक पेटेंट वायरलेस संचार तकनीक है जो एक प्रभावी लंबी सीमा के साथ अल्ट्रा-कम बिजली की खपत को जोड़ती है । जबकि सीमा अत्यधिक पर्यावरण और संभावित अवरोधों (LOS या N-LOS) पर निर्भर करती है, LoRa में आमतौर पर 13- 15Km के बीच की सीमा होती है, जिसका अर्थ है कि एक एकल LoRa गेटवे पूरे शहर के लिए कवरेज प्रदान कर सकता है, और एक जोड़े के साथ और अधिक देश। प्रौद्योगिकी फ्रांस में साइक्लो द्वारा विकसित की गई थी और कंपनी के 2012 में सेमीटेक द्वारा अधिग्रहण किए जाने पर सामने आई। हमने अरुडिनो और रास्पबेरी पाई के साथ लोरा मॉड्यूल का इस्तेमाल किया और उन्होंने उम्मीद के मुताबिक काम किया।

लोरा की विशेषताएं

लोरा रेडियो में कुछ विशेषताएं शामिल हैं जो लंबी दूरी की प्रभावी शक्ति और कम लागत को प्राप्त करने में मदद करती हैं। इनमें से कुछ विशेषताएं शामिल हैं;

1. मॉडुलन तकनीक
2. आवृत्ति
3. अनुकूली डेटा दरें
4. अनुकूली विद्युत स्तर

मॉडुलन

लोरा रेडियो कम बिजली विशेषताओं को बनाए रखते हुए काफी उच्च संचार रेंज प्राप्त करने के लिए चिरप स्प्रेड स्पेक्ट्रम मॉड्यूलेशन तकनीक का उपयोग करते हैं जो एफएसके मॉड्यूलेशन भौतिक परत आधारित रेडियो के समान हैं। जबकि चिरप स्प्रेड स्पेक्ट्रम मॉड्यूलेशन सैन्य और अंतरिक्ष संचार में अनुप्रयोगों के साथ थोड़ी देर के लिए रहा है, लोरा मॉड्यूलेशन तकनीक का पहला, कम लागत वाला व्यावसायिक अनुप्रयोग प्रस्तुत करता है।

आवृत्ति

जबकि लोरा प्रौद्योगिकी आवृत्ति अज्ञेयवादी है, लोरा रेडियो के बीच संचार बिना लाइसेंस वाले उप-गीगाहर्ट्ज रेडियो आवृत्ति बैंड के उपयोग के माध्यम से होता है जो दुनिया भर में उपलब्ध हैं। ये फ्रीक्वेंसी एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में और अक्सर देशों के बीच भिन्न होती हैं। उदाहरण के लिए 868MHz आमतौर पर यूरोप में लोरा संचार के लिए उपयोग किया जाता है, जबकि 915MHz उत्तरी अमेरिका में उपयोग किया जाता है। आवृत्ति के बावजूद, लोरा का उपयोग प्रौद्योगिकी में किसी भी बड़े बदलाव के बिना किया जा सकता है।

विभिन्न देशों में लोरा के लिए आवृत्ति बैंड

2.4 या 5.8GHz ISM बैंड के आधार पर वाईफाई जैसे संचार मॉड्यूल की तुलना में कम आवृत्तियों का उपयोग करना विशेष रूप से एनएलएस परिस्थितियों के लिए बहुत बड़ा कवरेज क्षेत्र सक्षम करता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि बिना लाइसेंस वाले बैंड का उपयोग करने से पहले कुछ देशों में अनुमति की आवश्यकता होती है।

अनुकूली डेटा दर

लोरा ट्रांसमिशन की सीमा के साथ एक व्यापार बंद में डेटा दर को अनुकूलित करने के लिए चर बैंडविड्थ और फैलाने वाले कारकों (SF7-SF12) के संयोजन का उपयोग करता है। उच्च प्रसार कारक कम डेटा दर की कीमत पर लंबी दूरी की अनुमति देता है, और इसके विपरीत। बैंडविड्थ और स्प्रेडिंग फैक्टर के संयोजन को लिंक की स्थिति और प्रेषित किए जाने वाले डेटा के स्तर के अनुसार चुना जा सकता है। इस प्रकार, एक उच्च प्रसार कारक एक दिए गए बैंडविड्थ के लिए संचरण प्रदर्शन और संवेदनशीलता में सुधार करता है, लेकिन यह कम डेटा दरों के परिणामस्वरूप ट्रांसमिशन समय भी बढ़ाता है। ये 18 केबीपीएस से 40 केबीपी तक अलग-अलग हो सकते हैं

अनुकूली शक्ति स्तर

लोरा रेडियो द्वारा उपयोग किया जाने वाला शक्ति स्तर अनुकूली है। यह डेटा दर और दूसरों के बीच लिंक की स्थिति जैसे कारकों पर निर्भर है। जब एक तेज संचरण की आवश्यकता होती है, तो संचारित शक्ति को अधिकतम और इसके विपरीत के करीब धकेल दिया जाता है। इस प्रकार, बैटरी जीवन अधिकतम है और नेटवर्क क्षमता बनाए रखी जाती है। बिजली की खपत कई अन्य कारकों के बीच उपकरणों के वर्ग पर भी निर्भर करती है।

लोरावन

लोरावन एक उच्च क्षमता, लंबी दूरी, खुली, लो पावर वाइड एरिया नेटवर्क (एलपीडब्ल्यूएएन) मानक है जो लोरा एलायंस द्वारा लोरा पावर्ड आईओटी सॉल्यूशंस के लिए डिज़ाइन किया गया है । यह एक द्वि-दिशात्मक प्रोटोकॉल है जो विश्वसनीय संदेश वितरण, अंत सुरक्षा, स्थान और बहुस्त्र्पीय क्षमताओं सहित सेवाओं को वितरित करने के लिए लोरा प्रौद्योगिकी की सभी विशेषताओं का पूरा लाभ उठाता है। मानक दुनिया भर में विभिन्न LoRaWAN नेटवर्क के अंतर को सुनिश्चित करता है।

आमतौर पर मिक्स अप होता है जब लोग लोरा और लोरावन को परिभाषित करने की कोशिश करते हैं जो संभवतः ओएसआई संदर्भ स्टैक मॉडल की जांच करके सबसे अच्छा हल होता है।

सीधे शब्दों में, OSI स्टैक मॉडल के आधार पर, LoRaWAN संचार नेटवर्क के लिए मीडिया एक्सेस प्रोटोकॉल से मेल खाती है, जबकि लोरा भौतिक परत से मेल खाती है । इस प्रकार LoRaWAN नेटवर्क के लिए संचार प्रोटोकॉल और सिस्टम आर्किटेक्चर को परिभाषित करता है, जबकि LoRa आर्किटेक्चर लंबी दूरी की संचार लिंक को सक्षम करता है। उन दोनों को एक साथ विलय करने के लिए कार्यक्षमता प्रदान करता है जो नोड के बैटरी जीवन, नेटवर्क की क्षमता, सेवा की गुणवत्ता, सुरक्षा और नेटवर्क द्वारा प्रदान किए जाने वाले अन्य अनुप्रयोगों को निर्धारित करता है। जबकि लोरावन अन्य स्वामित्व परतों के लिए लोरावन सबसे लोकप्रिय मैक परत है, जो लोरा तकनीक पर भी मौजूद हैं। एक अच्छा उदाहरण लिंक लैब द्वारा सिम्फनी लिंक है जो विशेष रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है।

लोरावन नेटवर्क आर्किटेक्चर

अधिकांश नेटवर्कों द्वारा अपनाई गई जाल नेटवर्क टोपोलॉजी के विरोध में, लोरावन स्टार नेटवर्क आर्किटेक्चर का उपयोग करता है, इस प्रकार, प्रत्येक एंड-डिवाइस लगभग हमेशा राज्य में रहता है, सीमा बढ़ाने के लिए अन्य उपकरणों से ट्रांसमिशन को दोहराता है, लोवावन नेटवर्क में एंड-डिवाइसेस गेटवे के साथ सीधे संवाद करें और केवल तभी करें जब उन्हें गेटवे के साथ संवाद करने की आवश्यकता हो क्योंकि रेंज कोई समस्या नहीं है। यह लोरा के अंत उपकरणों में प्राप्त कम बिजली की विशेषताओं और उच्च बैटरी जीवन के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है

लोरा नेटवर्क आर्किटेक्चर में चार प्रमुख भाग शामिल हैं;

1. अंत उपकरण

2. द्वार

3. नेटवर्क सर्वर

4. एप्लिकेशन सर्वर

1. अंत उपकरण

ये नेटवर्क किनारे पर सेंसर या एक्चुएटर हैं। अंत-उपकरण विभिन्न अनुप्रयोगों की सेवा करते हैं और उनकी अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं। विभिन्न प्रकार के अंतिम एप्लिकेशन प्रोफाइल को अनुकूलित करने के लिए, LoRaWAN ™ तीन अलग-अलग डिवाइस वर्गों का उपयोग करता है, जिन्हें एंड-डिवाइसेस के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। कक्षाएं डिवाइस के डाउनलिंक संचार विलंबता और बैटरी जीवन के बीच व्यापार नापसंद करती हैं।

तीन प्रमुख वर्ग हैं;

1. द्वि-दिशात्मक अंत-उपकरण (कक्षा ए)

2. द्वि-दिशात्मक अंत-उपकरण अनुसूचित प्राप्त स्लॉट्स के साथ (कक्षा बी)

3. अधिकतम-दिशात्मक अंत-उपकरणों के साथ अधिकतम प्राप्त स्लॉट (कक्षा C)

मैं। क्लास ए एंड-डिवाइसेस

ये ऐसे उपकरण हैं, जिन्हें केवल एक Uplink के तुरंत बाद सेवा r से डाउनलिंक संचार की आवश्यकता होती है । उदाहरण के लिए, वे डिवाइस हैं जो अपलिंक के बाद सर्वर से संदेश वितरण की पुष्टि प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। उपकरणों के इस वर्ग के लिए, उन्हें तब तक इंतजार करना होगा जब तक कि किसी भी डाउनलिंक को प्राप्त करने से पहले सर्वर पर अपलिंक भेज दिया जाए। इसके परिणामस्वरूप, संचार को न्यूनतम रखा जाता है और उनके पास सबसे कम बिजली संचालन और उच्चतम बैटरी जीवन होता है। कक्षा ए उपकरणों का एक अच्छा उदाहरण एक लोरा आधारित स्मार्ट ऊर्जा मीटर है

ii। क्लास बी एंड-डिवाइसेस

ये डिवाइस एक अपलिंक भेजे जाने पर प्राप्त डाउनलिंक के अतिरिक्त निर्धारित अंतराल पर अतिरिक्त डाउनलिंक विंडो आवंटित करते हैं (क्लास ए + अनुसूचित अतिरिक्त डाउनलिंक)। इस डाउनलिंक की निर्धारित प्रकृति यह सुनिश्चित करती है कि ऑपरेशन अभी भी कम शक्ति का है क्योंकि संचार केवल निर्धारित अंतराल पर ही सक्रिय है लेकिन अनुसूचित डाउनलिंक के दौरान खपत की गई अतिरिक्त शक्ति क्लास ए उपकरणों से परे बिजली की खपत को बढ़ाती है, जैसे कि, उनके पास कम बैटरी है कक्षा ए एंड-डिवाइसेस की तुलना में जीवन।

iii। क्लास सी एंड-डिवाइसेस

इन उपकरणों के वर्ग में डाउनलिंक पर कोई सीमा नहीं होती है । वे लगभग हमेशा सर्वर से संचार के लिए खुले होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। वे अन्य वर्गों की तुलना में अधिक बिजली की खपत करते हैं और बैटरी जीवन सबसे कम होता है। वर्ग सी उपकरणों के अच्छे उदाहरण बेड़े प्रबंधन या वास्तविक यातायात निगरानी में उपयोग किए जाने वाले अंतिम उपकरण हैं।

2. द्वार

गेटवे (जिन्हें कॉन्संट्रेटर्स के रूप में भी जाना जाता है) मानक आईपी कनेक्शन के माध्यम से नेटवर्क सर्वर से जुड़े डिवाइस हैं जो केंद्रीय नेटवर्क सर्वर बैकएंड और एंड-डिवाइसेस के बीच एकल-हॉप वायरलेस संचार प्रोटोकॉल का उपयोग करके संदेशों को रिले करते हैं। वे द्वि-दिशात्मक संचार का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और मल्टीकास्ट से लैस हैं ताकि सॉफ्टवेयर को बड़े पैमाने पर वितरण संदेश जैसे कि ओवर-द-एयर अपडेट भेजा जा सके।

हर LoRa गेटवे के दिल में एक मल्टी-चैनल LoRa डेमोडुलेटर है जो समानांतर में कई आवृत्तियों पर सभी LoRa मॉडुलन वेरिएंट को डिकोड करने में सक्षम है।

बड़े पैमाने पर नेटवर्क ऑपरेटर के लिए, प्रमुख विशिष्ट कारक रेडियो प्रदर्शन (संवेदनशीलता, शक्ति भेजना), गेटवे एमसीयू (एसपीआई या एसपीआई को यूएसबी) और पीपीएस के समर्थन और वितरण के लिए SX1301 चिप का कनेक्शन होना चाहिए। सिग्नल जिसकी उपलब्धता नेटवर्क में संपूर्ण गेटवे आबादी पर सटीक समय सिंक्रनाइज़ेशन की अनुमति देती है

लोरा कई फ्रीक्वेंसी चैनलों और डेटा दरों में अंत-उपकरणों और गेटवे के बीच संचार फैलाता है। प्रसार स्पेक्ट्रम तकनीक संचार दर को एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप से रोकने के लिए 0.3 केबीपीएस से 50 केबीपीएस तक की डेटा दरों का उपयोग करती है और "वर्चुअल" चैनलों का एक सेट बनाती है जो गेटवे की क्षमता बढ़ाती है।

अंत-उपकरणों और समग्र नेटवर्क क्षमता के दोनों बैटरी जीवन को अधिकतम करने के लिए, लोरा नेटवर्क सर्वर एक अनुकूली डेटा दर (एडीआर) योजना के माध्यम से प्रत्येक अंत-उपकरण के लिए डेटा दर और आरएफ आउटपुट का प्रबंधन करता है।

3. नेटवर्क सर्वर

लोरा नेटवर्क सर्वर एप्लिकेशन सर्वर और गेटवे के बीच का इंटरफेस है। यह गेटवे से एप्लिकेशन सर्वर तक डेटा को फेरी करते समय एप्लिकेशन सर्वर से गेटवे तक कमांड से संबंधित है। यह सुनिश्चित करता है कि डुप्लिकेट पैकेट, शेड्यूलिंग पावती और डेटा दर और आरएफ आउटपुट के प्रबंधन के लिए यह सुनिश्चित करने सहित कार्य करें कि प्रत्येक एंड-डिवाइस के लिए व्यक्तिगत रूप से एक अनुकूली डेटा दर (एडीआर) योजना का उपयोग किया जाता है।

4. एप्लिकेशन सर्वर

एप्लिकेशन सर्वर यह निर्धारित करता है कि अंतिम उपकरणों के डेटा का उपयोग किस लिए किया जाता है। डेटा विज़ुअलाइज़ेशन आदि शायद यहाँ किए जाते हैं।

LoRaWAN सुरक्षा और गोपनीयता

किसी भी IoT समाधान में सुरक्षा और गोपनीयता के महत्व पर जोर नहीं दिया जा सकता है। LoRaWAN प्रोटोकॉल एन्क्रिप्शन को यह आश्वस्त करने के लिए निर्दिष्ट करता है कि आपका डेटा सुरक्षित, संक्षिप्त है

* प्रति डिवाइस एईएस128 कुंजी

* त्वरित पुनर्जनन / डिवाइस कुंजी का निरसन

* डेटा गोपनीयता के लिए प्रति-पैकेट पेलोड एन्क्रिप्शन

* रिप्ले हमलों के खिलाफ संरक्षण

* बीच-बीच में हमलों से सुरक्षा

लोरा दो कुंजियों का उपयोग करता है; नेटवर्क सत्र और अनुप्रयोग सत्र कुंजियाँ, जो नेटवर्क प्रबंधन और अनुप्रयोग संचार के लिए विभाजन, एन्क्रिप्टेड संचार प्रदान करती हैं।

डिवाइस और नेटवर्क के बीच साझा की गई नेटवर्क सत्र कुंजी, एंड नोड डेटा के प्रमाणीकरण के लिए जिम्मेदार है, जबकि एप्लिकेशन सत्र कुंजी, एप्लिकेशन और अंतिम नोड के बीच साझा की जाती है, जो डिवाइस डेटा की गोपनीयता की गारंटी के लिए जिम्मेदार है।

लोवरन की मुख्य विशेषताएं

* * 160 डीबी लिंक बजट

* +20 dBm TX पावर

* असाधारण IIP3

* एफएसके पर 10dB चयनात्मकता सुधार

* इन-चैनल फटने के लिए सहिष्णु

* सबसे कम आरएक्स वर्तमान - 10mA

* सबसे नीची नींद की धारा

* अल्ट्राफास्ट वेक-अप (RX / TX को नींद)

लोरा के लाभ

नीचे लोरा से जुड़े कुछ फायदे दिए गए हैं;

1. लॉन्ग रेंज और कवरेज: 15 किमी एलओएस रेंज के साथ, इसकी रेंज की तुलना किसी अन्य संचार प्रोटोकॉल से नहीं की जा सकती है।

2. कम बिजली: लोरा हाइपर लो पावर रेडियो प्रदान करता है जो उन्हें उन उपकरणों के लिए आदर्श बनाता है जिनकी आवश्यकता 10 वर्षों तक होती है या