LoRa para Controle- Iluminação, Travas e Resposta à Demanda

Limitações do uso do LoRaWAN- impacto na segurança, custo e confiabilidade.

Muitos clientes do Link Labs usam LoRa para conectividade sem fio em seus projetos centrados em controle. LoRa é uma ótima escolha para tais aplicações porque a natureza de longo alcance e alto orçamento de link do LoRa significa que uma grande área, como um prédio inteiro, campus ou vários quarteirões da cidade, pode ser coberta com um único gateway.

A maioria dos clientes tentou usar o protocolo LoRaWAN padrão para sua aplicação antes de decidir usar o Symphony Link, que é nosso protocolo de rede privada alternativo também construído com LoRa, otimizado para detecção e controle industrial e muito personalizável. Aqui estão os motivos pelos quais eles escolheram o Symphony Link:

Segurança:multicast.

O multicast é necessário para controlar vários pontos de uma vez. Você pode imaginar que, para muitos aplicativos baseados em controle, controlar mais de um dispositivo por vez é importante. Pode ser necessário acender todas as luzes da rua em um quarteirão ou trancar todas as portas de um corredor em caso de emergência. Os aplicativos de resposta à demanda quase sempre também requerem controle multicast.

Isso ocorre por causa de como a criptografia, autenticação e provisionamento são tratados no LoRaWAN. Um conjunto exclusivo de chaves / IDs são pré-configurados para cada terminal e, em seguida, armazenados no servidor LoRaWAN. A única maneira de endereçar vários nós de uma vez com LoRaWAN é por meio de uma solução alternativa onde a identidade do nó e o conjunto de chaves são compartilhados entre vários nós. Nesse caso, a rede LoRaWAN pensa que está transmitindo uma mensagem de downlink para um único nó, mas na realidade vários nós podem descriptografá-la. Isso é problemático porque viola a arquitetura de segurança do LoRaWAN, impede as funções adequadas da camada 2 (como confirmações de mensagem) e exige que o cliente lide com o endereçamento e outras funções na camada de aplicativo. (Consulte a página 11- Neste artigo de segurança LoRaWAN)

No Symphony Link, existem várias chaves de sessão estabelecidas para cada nó, uma chave unicast e uma ou mais chaves multicast. Isso permite que os nós sejam endereçados individualmente, em grupos ou em toda a rede. Essa poderosa inovação tornou o Symphony Link uma ótima ferramenta para clientes com casos de uso centrados em controle. É também o que permite que o Symphony Link ofereça suporte a atualizações de firmware over-the-air de dispositivos de endpoint.

Custo de instalação:Repetidores

Repetidores são dispositivos que transmitem sinais entre nós finais e gateways, quando uma conexão direta não é possível.

Embora haja alegações de que os repetidores não são necessários porque o intervalo de LoRa é muito grande (consulte o item 11 neste artigo), nós discordamos. A penetração profunda do edifício com uma margem de sinal confortável exigiria vários gateways LoRaWAN em muitos casos.

Os repetidores Symphony Link funcionam ajustando o cabeçalho do quadro, o downlink, o uplink e o quadro de retransmissão dentro de um quadro do Symphony Link usando um fator de propagação mais alto. Isso diminui o orçamento do link de um repetidor em 3 dB, mas não tem efeito na latência.

Para aplicações como controle de iluminação pública ou resposta à demanda, é uma arquitetura muito econômica ter um gateway central conectado a um repetidor por bairro. Esses repetidores precisam apenas de energia (até mesmo energia solar), e não de uma conexão de dados. Alguns de nossos clientes combinam um repetidor em um nó final, para que possam funcionar tanto como controlador quanto como repetidor.

Confiabilidade:Interferência e reconhecimento de várias redes

LoRaWAN foi projetado como um protocolo para uma rede de grande escala de uma única operadora. Uma vez que está sendo usado por várias partes de maneiras diferentes:

Uma vez que todos os canais LoRaWAN são compartilhados, qualquer pacote LoRaWAN é visto e demodulado por todos os gateways no alcance, não importa quem os possui. Se houver uma rede LoRaWAN operada por uma operadora e várias redes LoRaWAN privadas operando em uma área, o desempenho de todas as redes será prejudicado devido a colisões. Para aplicações de controle, isso é especialmente problemático, pois a confiabilidade é uma consideração importante.

O Symphony Link usa um esquema de modulação diferente do LoRaWAN e, portanto, o tráfego do LoRaWAN não interfere no Symphony Link. Além disso, as redes Symphony Link gerenciam automaticamente as alocações de canais para evitar a interferência de co-canais entre as redes. O Symphony Link pode operar 96 redes simultâneas na banda de 900 MHz sem interferência no downlink.

Como todas as transações do Symphony Link são reconhecidas, tanto de uplink quanto de downlink, todas as mensagens perdidas serão repetidas até que sejam recebidas.

Algumas considerações

Latência. O downlink de classe C no LoRaWAN é totalmente assíncrono e, se o controle um-para-um for uma arquitetura que funciona, a latência é menor do que o Symphony Link. Isso funciona para aplicações alimentadas por CA, uma vez que para Classe C LoRaWAN, o receptor funciona continuamente, consumindo ~ 10mA. O Symphony Link usa um intervalo de quadro de 1 ou 2 segundos, de modo que a latência pode ser de até 2 segundos para uma mensagem de controle, mas usando os canais de ativação no Symphony Link, controladores alimentados por bateria são possíveis. Este é um recurso importante para bloqueios e outros controladores alimentados por bateria.

Outros recursos do Symphony Link.

Embora não seja necessariamente tão importante para controlar aplicativos, vale a pena mencionar que alguns clientes também exigem esses recursos exclusivos do Symphony Link:

- Sincronização de tempo - A transmissão de tempo em toda a rede permite que aplicativos com base em data e hora sejam executados no ponto final. Isso também pode ser importante em aplicativos de controle. Dessa forma, as luzes podem ser programadas para ligar / desligar em determinados momentos, em vez de comandadas todas as vezes.

- Atualizações de firmware over the air - alterar o firmware do aplicativo após a implantação.

- Provisionamento automático e criptografia - nenhum gerenciamento de chave por dispositivo na produção.

- Controle de energia e taxa de dados em tempo real - Permite que os nós permaneçam conectados se as condições de RF mudarem rapidamente e resolve o problema LoRa próximo-distante, no qual nós próximos evitam que nós distantes sejam ouvidos.

- Qualidade de Serviço - Permite que mensagens importantes tenham prioridade sobre mensagens de prioridade mais baixa em redes congestionadas.

Em conclusão:entendemos o apelo de usar o sistema LoRaWAN gratuito para aplicativos de IoT. No caso de aplicações de controle, a maioria dos clientes achará a arquitetura um fator limitante, pois ela não foi projetada para este propósito. O Symphony Link foi projetado tendo o controle como o caso de uso principal. Se você tiver interesse em saber mais sobre o Symphony Link, entre em contato.