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Arquitetura de rede LoRa: LoRaWAN

Arquitetura de rede LoRa: LoRaWAN


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A rede LoRa utiliza uma rede de telecomunicações chamada LoRaWAN que fornece o roteamento dos dados do nó final por meio de um gateway LoRaWAN para as entidades necessárias. LoRaWAN também define a maneira como os dados são enviados pela rede, detalhando as respostas dos gateways LoRaWAN e do servidor de rede LoRa.

Da mesma forma que uma rede celular possui uma rede com fio ou rede central, o mesmo ocorre com o LoRa, que é freqüentemente referido como LoRaWAN.

Arquitetura de rede LoRa

Uma rede LoRa consiste em vários elementos:

  • Pontos finais: Os pontos finais são os elementos da rede LoRa onde a detecção ou controle é realizada. Eles normalmente estão localizados remotamente.
  • Gateway LoRa: O gateway recebe as comunicações dos nós de extremidade LoRa e as transfere para o sistema de backhaul. Esta parte da rede LoRa pode ser Ethernet, celular ou qualquer outro link de telecomunicações com ou sem fio. Os gateways são conectados ao servidor de rede usando conexões IP padrão. Desta forma, os dados utilizam um protocolo padrão, mas podem ser conectados a qualquer rede de telecomunicações, seja pública ou privada. Em vista da semelhança de uma rede LoRa com a de uma rede celular, os gateways LoRaWAN podem frequentemente ser co-localizados com uma estação base celular. Dessa forma, eles podem usar a capacidade sobressalente na rede de backhaul.
  • Servidor de rede LoRa: O servidor de rede LoRa gerencia a rede e, como parte de sua função, atua para eliminar pacotes duplicados, programar confirmação e adaptar taxas de dados. Tendo em vista a maneira como pode ser implantado e conectado, é muito fácil implantar uma rede LoRa.
  • Computador remoto: um computador remoto pode então controlar as ações dos terminais ou coletar dados deles - a rede LoRa sendo quase transparente.

Em termos da arquitetura real para a rede LoRa, os nós estão normalmente em uma topologia estrela-de-estrelas com gateways formando uma ponte transparente. Essas mensagens retransmitem entre os dispositivos finais e um servidor de rede central no backend.

A comunicação com nós de ponto final geralmente é bidirecional, mas também é possível oferecer suporte à operação multicast e isso é útil para recursos como atualizações de software e similares ou outras mensagens de distribuição em massa.

Classes de endpoint LoRaWAN

Existem muitas necessidades diferentes para os terminais LoRa. Assim, o LoRaWAN suporta três classes de terminais:

  • Classe A - dispositivos finais bidirecionais:Os dispositivos de terminal LoRaWAN classe A fornecem comunicações bidirecionais. Para conseguir isso, cada transmissão de terminal é seguida por duas janelas curtas de recepção de downlink. O slot de transmissão programado para o ponto final específico é baseado nas necessidades do ponto final e também há uma pequena variação determinada usando uma base de tempo aleatória.

    A operação LoRa Classe A fornece a opção de energia mais baixa para terminais que requerem apenas comunicação de downlink do servidor logo após o dispositivo final ter enviado uma transmissão de uplink. As comunicações de downlink do servidor em qualquer outro momento, aguarde até o próximo horário de uplink agendado.

  • Classe B - dispositivos finais bidirecionais com slots de recebimento programados:Os dispositivos LoRa Classe B fornecem a funcionalidade Classe A e, além disso, abrem janelas de recebimento extras em horários programados. Para obter a sincronização necessária da rede, o terminal recebe um Beacon sincronizado com a hora do gateway. Isso permite que o servidor saiba quando o dispositivo final está escutando.
  • Classe C - dispositivos finais bidirecionais com slots máximos de recepção:Os dispositivos LoRa Classe C fornecem janelas de recepção quase continuamente abertas. Eles só fecham quando o terminal está transmitindo. Esse tipo de ponto de extremidade é adequado onde grandes quantidades de dados precisam ser recebidos em vez de transmitidos.

Mensagens LoRa

Quando as mensagens são transmitidas pela rede LoRaWAN por um dispositivo final, elas são recebidas por todas as estações base LoRa que estão dentro do alcance. Esse recurso aumenta a resiliência da rede, melhorando o número de mensagens que são recebidas com sucesso.

Embora ter várias estações base LoRa em uma área aumente as despesas de capital de implantação, isso melhora o desempenho e, ao planejar uma rede, é necessário fazer uma compensação entre desempenho e custo.

As instâncias redundantes ou de recepção múltipla são filtradas na rede pelo servidor LoRa e isso também fornece verificação de segurança da mensagem.

O servidor LoRa também envia reconhecimentos ao dispositivo final, bem como envia a mensagem ao servidor de aplicativos correspondente.

Além de tudo isso, o servidor LoRa também pode fornecer informações de localização sobre os dispositivos finais. Ele usa uma técnica chamada TDOA, diferença de tempo de chegada e isso pode ser alcançado porque há uma sincronização de tempo muito precisa entre as diferentes estações base.

A capacidade da rede LoRa de acomodar a recepção múltipla das mesmas mensagens por diferentes estações base também auxilia na transferência entre as estações base se o nó for móvel.

Segurança de rede LoRa

A questão da segurança da rede está se tornando cada vez mais importante. Como tal, as redes LoRa requerem altos níveis de segurança para evitar a interrupção de qualquer sistema.

Para atingir os níveis necessários de segurança para redes LoRa, várias camadas de criptografia foram empregadas:

  • Chave de rede única (EUI64) e garante a segurança no nível da rede
  • Chave de aplicativo exclusiva (EUI64) garante segurança de ponta a ponta no nível do aplicativo
  • Chave específica do dispositivo (EUI128)

Empregar essas camadas de criptografia garante que a rede LoRa permaneça suficientemente segura.

A rede LoRaWAN fornece a conectividade necessária, permitindo que os pontos finais LoRa passem dados pela interface sem fio para o gateway e depois para o destino necessário.

Tópicos de conectividade sem fio e com fio:
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Comentários:

  1. Denis

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    Que resposta adorável

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