LoRa voor controle-verlichting, sloten en vraagrespons

Beperkingen van het gebruik van LoRaWAN:impact op beveiliging, kosten en betrouwbaarheid.

Veel klanten van Link Labs gebruiken LoRa voor draadloze connectiviteit in hun op controle gerichte projecten. LoRa is een uitstekende keuze voor dergelijke toepassingen, omdat LoRa dankzij het lange bereik en het hoge linkbudget een groot gebied, zoals een heel gebouw, campus of meerdere stadsblokken, kan bestrijken met één enkele gateway.

De meeste klanten hebben geprobeerd het standaard LoRaWAN-protocol voor hun toepassing te gebruiken voordat ze besloten om Symphony Link te gebruiken, ons alternatieve privénetwerkprotocol dat ook is gebouwd met LoRa, geoptimaliseerd voor industriële detectie en controle, en zeer aanpasbaar. Dit zijn de redenen waarom ze voor Symphony Link kiezen:

Beveiliging:Multicast.

Multicast is nodig om meerdere punten tegelijk te besturen. U kunt zich voorstellen dat voor veel op besturing gebaseerde toepassingen het aansturen van meer dan één apparaat tegelijk belangrijk is. Het kan nodig zijn om in geval van nood alle straatverlichting in een blok aan te doen of elke deur in een gang op slot te doen. Vraagrespons-toepassingen vereisen ook bijna altijd multicast-besturing.

Dit komt door de manier waarop codering, authenticatie en inrichting wordt afgehandeld in LoRaWAN. Een unieke set sleutels/ID's is vooraf geconfigureerd voor elk eindpunt en vervolgens opgeslagen op de LoRaWAN-server. De enige manier om met LoRaWAN meerdere knooppunten tegelijk aan te spreken, is door een omweg te maken waarbij de knooppuntidentiteit en sleutelset wordt gedeeld tussen meerdere knooppunten. In dat geval denkt het LoRaWAN-netwerk dat het een downlinkbericht naar een enkel knooppunt verzendt, maar in werkelijkheid kunnen meerdere knooppunten het ontsleutelen. Dit is problematisch omdat het de beveiligingsarchitectuur van LoRaWAN schendt, de juiste laag 2-functies (zoals berichtbevestigingen) verhindert en vereist dat de klant adressering en andere functies op de applicatielaag afhandelt. (Zie pagina 11- In dit LoRaWAN-beveiligingsartikel)

In Symphony Link zijn er voor elk knooppunt meerdere sessiesleutels, een unicast-sleutel en een of meer multicast-sleutels. Hierdoor kunnen knooppunten individueel, in groepen of over het hele netwerk worden aangesproken. Deze krachtige innovatie heeft van Symphony Link een geweldige tool gemaakt voor klanten met gebruiksscenario's waarin controle centraal staat. Het is ook wat Symphony Link in staat stelt om draadloze firmware-upgrades van eindpuntapparaten te ondersteunen.

Installatiekosten:Repeaters

Repeaters zijn apparaten die signalen tussen eindknooppunten en gateways doorsturen, wanneer een directe verbinding niet mogelijk is.

Hoewel er beweringen zijn dat repeaters niet nodig zijn omdat het bereik van LoRa zo groot is (zie #11 in dit artikel), zijn we het daar niet mee eens. Diepe penetratie van gebouwen met een comfortabele signaalmarge zou in veel gevallen meerdere LoRaWAN-gateways vereisen.

Symphony Link-repeaters werken door de frameheader, downlink, uplink en relay-frame in één Symphony Link-frame te plaatsen door één hogere spreidingsfactor te gebruiken. Dit verlaagt het linkbudget van een repeater met 3 dB, maar heeft geen effect op de latency.

Voor toepassingen zoals straatverlichting of vraagsturing is het een zeer kostenefficiënte architectuur om één centrale gateway te hebben die is aangesloten op één repeater per buurt. Die repeaters hebben alleen stroom nodig (zelfs zonne-energie), en geen dataverbinding. Sommige van onze klanten combineren een repeater tot een endnode, zodat ze zowel als controller als als repeater kunnen functioneren.

Betrouwbaarheid:interferentie met meerdere netwerken en bevestigingen

LoRaWAN is ontworpen als een protocol voor een grootschalig netwerk met één operator. Omdat het in plaats daarvan door meerdere partijen op verschillende manieren wordt gebruikt:

Omdat alle LoRaWAN-kanalen worden gedeeld, wordt elk LoRaWAN-pakket gezien en gedemoduleerd door alle gateways binnen bereik, ongeacht wie de eigenaar is. Als er een door een carrier beheerd LoRaWAN-netwerk is en er meerdere particuliere LoRaWAN-netwerken in een gebied actief zijn, zullen de prestaties van alle netwerken afnemen als gevolg van botsingen. Voor regeltoepassingen is dit vooral lastig, omdat betrouwbaarheid een belangrijke overweging is.

Symphony Link gebruikt een ander modulatieschema dan LoRaWAN, en dus interfereert LoRaWAN-verkeer niet met Symphony Link. Bovendien beheren Symphony Link-netwerken automatisch kanaaltoewijzingen om co-channelinterferentie tussen netwerken te voorkomen. Symphony Link kan 96 gelijktijdige netwerken in de 900 MHz-band bedienen zonder downlink-interferentie.

Aangezien alle Symphony Link-transacties worden bevestigd, zowel uplink als downlink, worden gemiste berichten herhaald totdat ze zijn ontvangen.

Enkele overwegingen

Latentie. Klasse C-downlink in LoRaWAN is volledig asynchroon, en als één-op-één-besturing een architectuur is die werkt, is de latentie minder dan Symphony Link. Dit werkt voor AC-aangedreven toepassingen, aangezien voor Klasse C LoRaWAN de ontvanger continu werkt en ~10mA trekt. Symphony Link gebruikt een frame-interval van 1 of 2 seconden, dus de latentie kan oplopen tot 2 seconden voor een controlebericht, maar door gebruik te maken van ontwaakkanalen in Symphony Link zijn controllers op batterijen mogelijk. Dit is een belangrijke functie voor sloten en andere controllers op batterijen.

Andere Symphony Link-functies.

Hoewel het niet per se zo belangrijk is om applicaties te bedienen, is het vermeldenswaard dat sommige klanten ook deze unieke functies van Symphony Link nodig hebben:

-Tijdsynchronisatie - Netwerkbrede tijduitzending maakt het mogelijk om tijdstempels en op tijd gebaseerde applicaties op het eindpunt te draaien. Dit kan ook van belang zijn bij besturingstoepassingen. Op die manier kunnen lampen worden geprogrammeerd om op bepaalde tijden aan/uit te gaan, in plaats van elke keer een commando te geven.

-Firmware-upgrades via de ether - verander applicatie-firmware na implementatie.

-Auto-provisioning en encryptie - geen sleutelbeheer per apparaat in productie.

-Real-time controle over stroom en datasnelheid - Zorgt ervoor dat nodes verbonden kunnen blijven als de RF-omstandigheden snel veranderen, en lost het LoRa near-far-probleem op, waarbij nabije nodes voorkomen dat verre nodes worden gehoord.

-Kwaliteit van service - Hiermee krijgen belangrijke berichten prioriteit boven berichten met een lagere prioriteit in overvolle netwerken.

Tot slot:we begrijpen de aantrekkingskracht van het gebruik van het gratis LoRaWAN-systeem voor IoT-toepassingen. In het geval van besturingstoepassingen zullen de meeste klanten de architectuur beperkend vinden, omdat deze niet voor dit doel is ontworpen. Symphony Link is ontworpen met controle als primaire use case. Als je meer wilt weten over Symphony Link, neem dan contact met ons op.