Long Rand’ın Tanıtımı
LoRa Nedir?
LoRa, Long Range’in kısaltmasıdır. Semtech Corporation tarafından geliştirilen önemli uzun menzilli ve düşük güç tüketimli kablosuz iletişim sistemlerinden biridir.
“LoRa® uzun menzilli iletişim bağlantısını oluşturmak için kullanılan fiziksel katman veya kablosuz modülasyondur… Chirp yayılım spektrumu modülasyonuna dayanır, bu da FSK modülasyonu ile aynı düşük güç özelliklerini korurken iletişim menzilini önemli ölçüde artırır… LR, ticari kullanım için ilk düşük maliyetli uygulamadır.“
Alıntı: LR® ve LoRaWAN hakkında teknik bir genel bakış
LoRa, süper uzun menzil, düşük güç tüketimi, çoklu kullanım, minimal maliyet ve şifreli veri iletimi gibi cazip özelliklerin bir kombinasyonunu sunduğundan, hem kamu hem de özel ağlarda çalışarak hücresel ağa kıyasla çok daha geniş bir kapsama alanı sağlayabilir.
LoRa’nın uzun menzilli ve düşük güç doğası, bu nedenle, yaşam standartlarımızı hızla iyileştiren Endüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) uygulamaları için kritik öneme sahiptir. İklim değişikliği, kirlilik, doğal afetler gibi dünya genelinde hem kırsal hem de kentsel alanlarda birçok yeni zorluğu çözmektedir. Kolaylığı ve karlı özellikleri nedeniyle, LoRa, Düşük Güçlü Geniş Alan Ağı (LPWAN) türlerinden biri olarak, ulaşım, üretim, tesisler, ev aletleri ve hatta giyilebilir cihazlar gibi alanlarda yaygın olarak benimsenmektedir.
Farklı dikey endüstrilerde IoT cihazlarına olan (ve artan) ihtiyaçlar göz önüne alındığında, özellikle düşük güç, uzun menzilli veri toplama senaryoları için, LoRa şüphesiz pazardaki en çok aranan teknolojilerden biridir.
Seeed’de, çeşitli ihtiyaçları karşılamak için en iyi sınıf donanım ürünleri sunmaya kendimizi adadık. Söylemeye gerek yok, modüllerden geliştirme kartlarına ve cihazlara kadar geniş bir LoRa ürün yelpazemiz var, lütfen kendi uygulama ihtiyaçlarınız için aşağıdakilere göz atın.
- LoRa Modülleri
- LoRa Geliştirme Kartları & Geliştirme Kitleri
- LoRa Sensör Düğümleri (Cihazlar)
- LoRa Ağ Geçitleri
- LoRa Aksesuarları
- Açık Hava Uygulamaları için Endüstriyel Sınıf LoRaWAN Ürünleri
LoRa Teknik Olarak Nasıl Çalışır?
Genel olarak, IoT’nin LR, NB-IoT, WiFi, Bluetooth, Zigbee ve alt-1GHz dahil olmak üzere verileri bir ağ üzerinden iletmek için birçok teknolojik çözümü vardır. Ancak çoğu durumda, kablosuz iletişim ağ sistemlerinde uzun iletim mesafesi ve enerji tasarrufu aynı anda garanti edilemez, çünkü daha uzun iletim mesafesi için her zaman daha fazla enerji gereklidir. Bu nedenle, uzun menzil ve düşük güç sağlayabilen LR, karşılaştırmalı olarak küçük bir veri miktarını uzun mesafelerde iletmenin gerektiği durumlarda en optimal seçimdir.
LR’nin uygulama ve özelliklerine dair doğrudan ve temel bir genel bakış oluşturmanıza yardımcı olmak için, aşağıdaki diyagram LR ile diğer yaygın kullanılan kablosuz ağ teknolojileri arasındaki karşılaştırmayı göstermektedir.
Peki LoRa, yüksek verimliliği garanti ederken enerji ve mesafe arasındaki çelişkiyi nasıl çözüyor?
Teknik olarak, LoRa bilgiyi frekansın lineer değişimi ile frekans chirp’leri kullanarak kodlar. LoRa Üzerine Bir Çalışma‘ya göre, verici ile alıcı arasındaki frekans kayması, çözümleme performansını etkilemeden bant genişliğinin %20’sine ulaşabilir. Bu, LoRa vericilerinin maliyetini büyük ölçüde azaltır ancak -130dBm civarında bir hassasiyet oluşturur. Aynı zamanda, LoRa, çevreden gelen hataları düzeltmek için İleri Hata Düzeltme kodu (FEC’ler) üreterek alıcıların hassasiyetini ve parazit önleme yeteneğini artırır. Bu nedenle, Frekans Kaydırma Anahtarlama (FSK) gibi geleneksel modülasyon şemaları 8dB Sinyal-Gürültü Oranı (SNR) gerektirirken, LR yalnızca -20dB SNR gerektirir. Ayrıca, her iletimin yükü 2-255 oktet arasında değişebilir ve kanal birleştirmesi kullanıldığında veri hızı 50 Kbps’ye kadar ulaşabilir.
LoRa’nın Avantajları ve Dezavantajları Nelerdir?
Teknolojinin özelliklerini bilmek, olası uygulamaları belirlemek için kritik öneme sahiptir. İşte LR’nin bazı avantajlarını ve dezavantajlarını gösteren bir liste. Bunu, LR’nin en uygun olduğu alanları düşünmek için bir referans olarak kullanabilirsiniz.
Avantajlar:
- İletim mesafesini maksimize etme: yayılım spektrumu kazancı benimseyerek. LRDeveloper Portal’a göre, LR, kentsel alanlarda üç mil (beş kilometre) kadar, kırsal alanlarda ise 10 mil (15 kilometre) veya daha fazla iletişim sağlar.
- Uzun ömür: iletişim mesafesi 5 km’ye ulaştığında bile, LR hala enerji tasarruflu doğasını üstün bir şekilde koruyabilir. Örneğin, SenseCAP Kablosuz Toprak Nem ve Sıcaklık Sensörü, bir Seeed endüstriyel IoT ürünü, veri yükleme aralığı saatte bir kez olduğunda batarya kullanımını 6 yıldan fazla sürdürebilir.
- Ücretsiz ISM frekans aralığında çalışma: bu, sıradan insanların ağı kullanması için uygun bir yol sağlar ve ağ dağıtım maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.
Dezavantajlar:
- Düşük iletim hızı: LR, nispeten daha dar bir bant genişliğine sahiptir ve yalnızca sensör ağları için uygundur.
- Donanımın daha yüksek fiyatı: yeni bir ürün/teknoloji olarak, LR, hücresel ağlar kadar yaygın olarak uygulanmamıştır. Bu, LR ürünlerinin fiyatını biraz artırır.
LoRa VS LoRaWAN
Pek çok kişi LoRa ve LoRaWAN’ın aynı şeyler olduğunu düşünmektedir, çünkü bu iki terim benzer isimlere sahiptir ve sıklıkla birlikte kullanılır. Ancak gerçek şu ki, farklı kavramlardır.
LoRa, ultra uzun mesafeli kablosuz iletimi destekleyen bir chirp yayılım spektrumu modülasyonuna dayanırken, LoRaWAN, LoRa uzun mesafe iletişim ağı için tasarlanmış bir iletişim protokolleri ve sistem mimarisi setidir. Diğer bir deyişle, LR, aldığı verileri sinyallere dönüştüren fiziksel (PHY) katmanda bulunan bir radyo frekansı taşıyıcı sinyalidir. LoRaWAN ise LR sinyallerini daha geniş uygulamalara teşvik eden Medya Erişim Kontrolü (MAC) katmanında bulunan bir protokoldür. Ayrıca, LR, özellikle IoT şirketleri ve cihazlarının uygulamalarında en yaygın kullanılan LPWAN’lardan biridir.
LoRaWAN Ağ Mimarisi
LoRaWAN mimarisi dört ana bölümden oluşur: uç düğümler, ağ geçidi, ağ sunucusu ve uygulama sunucusu. Ağ geçitleri ile uç düğümler arasında yıldız topolojisi benimsenir ve bu iki cihaz arasında iletişim kurmak için tek bir kablosuz sıçrama uygulanır. Verileri topladıktan sonra, uç düğümler LR Radyo Frekansı (RF) kullanarak aynı anda birden fazla ağ geçidine mesaj gönderebilir. Hücresel, WiFi veya Ethernet Geri Bağlantısı, daha sonra ağ geçitlerinde alınan bilgileri ağ sunucusuna iletmeye yardımcı olur; bu, paketlerin uygulama sunucularına yüklenmesini tamamlamak için uygun olan son parçadır.
LoRaWAN’ın Tanıtımı
LoRaWAN Nedir?
LoRaWAN Nedir belgesine göre:
“LoRaWAN™, ağ için iletişim protokolünü ve sistem mimarisini tanımlarken, LR® fiziksel katmanı uzun menzilli iletişim bağlantısını sağlar.“
LoRaWAN, LR Alliance tarafından ortaya konan açık kaynaklı MAC katman protokolüne dayanan bir LPWAN standardıdır. Pil ile çalışan kablosuz cihazlara yerel, ulusal veya küresel ağ sağlayabilir. LoRaWAN, güvenli çift yönlü iletişim, erişilebilir mobilite ve konum belirleme gibi IoT’nin temel taleplerine özel olarak odaklanmaktadır. Tasarımı, IoT kullanıcılarının ve geliştiricilerinin teknolojiyi esnek ve hızlı bir şekilde geliştirmesine ve dağıtmasına olanak tanıyan son derece kolay bir kullanım anlayışına sahiptir.
Büyük güvenilirlik ve pratiklik ile, LoRaWAN, dünya genelinde yüzlerce LoRaWAN ağ operatörü olduğu için yaygın ağ dağıtımına sahiptir; bu, aşağıdaki haritada açıkça gösterilmektedir.
LoRaWAN’da Yıldız Topolojisi
Yukarıda belirttiğimiz gibi, LoRaWAN mimarisi yıldız topolojisi olarak sunulmaktadır. Mesh topolojisi ile karşılaştırıldığında, yıldız topolojisi iletişim menzilini sağlarken uzun pil ömrünü korumada daha iyi bir performans sergileyebilir.
Yıldız topolojisi yapılarında, mesajlar uç düğümlerden merkezi sunuculara geçitler aracılığıyla iletilir. Geçitler, şeffaf köprüler gibi davranır ve yalnızca aldığı bilgiyi iki yönlü olarak dönüştürür. Her uç düğüm, aynı anda birden fazla geçide veri gönderir ve ardından geçitler verileri ağ sunucusuna yeniden iletir.
Yıldız topolojisinin üç belirgin avantajı vardır:
- LoRaWAN’ın güvenilirliğini sağlar: tüm cihazlar asenkron olduğundan veri çakışması meydana gelmez. Bir cihaz düzgün çalışmadığında, diğeri hala merkezi sunucuya veri gönderebilir.
- Geçitler arasında ek iletişime gerek yoktur, çünkü uç düğümler verileri birden fazla geçide gönderebilir.
- Enerji tasarrufu: geniş iletişim menzilinde ancak zayıf ağ kapasitesine ve kısa pil ömrüne sahip olan mesh topolojisi ile karşılaştırıldığında, yıldız topolojisi hem pil ömrünü hem de uzun mesafe bağlantısını maksimize eder.
Uç Düğümler
LoRaWAN, farklı gereksinimleri karşılayan ve neredeyse tüm IoT uygulamalarını kapsayan üç tür LR uç düğüm sınıflandırması yapmaktadır. LoRaWAN Nedir belgesinde, “Cihaz sınıfları, ağ aşağı yönlü iletişim gecikmesi ile pil ömrü arasında bir denge sağlar.” ifadesi yer almaktadır. Aşağıdaki grafik, üç LR uç düğüm sınıfının özellikleri ve uygulamaları arasındaki farkı daha iyi anlamanızı sağlayacak detayları göstermektedir:
Ayrıca, tüm uç düğümlerin veri göndermeden önce ağa katılması gerekmektedir. Bu süreci gerçekleştirmek için iki ana yol vardır: Over-the-Air Activation (OTAA) ve Activation by Personalization (ABP).
Öncelikle, uç düğüm geçide “katılma talepleri” gönderir ve ağ erişim süreçlerini başlatır. Ağ sunucusu, cihaz anahtarları da dahil olmak üzere bilgileri doğrular. Tüm bilgiler doğru olduğu sürece, uç düğüme bildirimler gönderir ve DevAddr dağıtımına başlar. Uç düğümler ve ağ sunucusu, AppKey gibi bilgilere dayanarak NwkSKey ve AppSKey oluşturur ve verileri şifrelemek ve doğrulamak için kullanır.
ABP kullanarak ağa erişim sağlandığında, işlem prosedürü daha basitleşir. Üç iletişim parametresi – DevAddr, NwkSKey ve AppSKey – doğrudan yapılandırılarak, uç düğümler ek prosedür olmadan uygulama için veri gönderebilir.
LoRa Alliance
LoRaWAN Nedir belgesinde belirtildiği gibi:
“LR Alliance®, en hızlı büyüyen teknoloji ittifakıdır. 500’den fazla üye şirketten oluşan kar amacı gütmeyen bir dernektir ve LoRaWAN® açık standartının geliştirilmesi ve tanıtımı yoluyla Düşük Güç Geniş Alan Ağları (LPWAN) IoT’nin büyük ölçekli dağıtımını sağlamaya kendini adamıştır.”
İşte LoRa Alliance’ın bazı üyeleri (2019 güncel). Seeed Studio, LoRa Alliance üyelerinden biridir ve LoRa teknolojisini endüstriyel IoT ürünlerine geniş bir şekilde entegre etmektedir, özellikle akıllı tarım, akıllı şehir ve diğer çevresel algılama senaryolarına hizmet etmektedir.
LoRa Teknolojisinin Uygulaması
Büyük güvenilirliği ve olağanüstü performansı sayesinde, LoRa ve LoRaWAN, son yıllarda daha fazla IoT ürününün akıllı tarım, akıllı şehirler ve akıllı sanayi kurulmasına katkıda bulunmasına yardımcı olmaktadır.
2016’dan beri, Seeed, özellikle bağımsız geliştiricilerin dünya genelinde yenilikçi fikirlerini yaratıcı icatlara dönüştürmelerine yardımcı olmak için açık kaynak donanım geliştirmeye başlamıştır. Aynı zamanda, dış mekanlarda dağıtılabilen ve uzun süreli kullanım için verileri kararlı ve kablosuz bir şekilde toplayabilen endüstriyel sınıf ürünlere büyük ve artan bir talep olduğunu fark ettik. Bu nedenle, 2018’de Endüstriyel IoT ürünleri geliştirmeye yatırım yapmaya başladık. SenseCAP LoRaWAN serisi, en popüler Endüstriyel LR IoT ürünlerinden biridir. Yüksek dağlarda çay yetiştiriciliği, seralarda meyve ve sebze yetiştirme, farklı hayvancılık kategorileri, çevresel izleme ve hava durumu istasyonları gibi geniş bir alanda uygulamalar için uygundur.
Özellikle, eğer bölgenizde mevcut bir LoRaWAN kamu ağı yoksa veya mevcut kamu ağı gereksinimlerinizi karşılamıyorsa, SenseCAP Çoklu Platform LoRaWAN Kapalı Geçidi kullanarak kendi özel LoRaWAN ağınızı kurma seçeneğiniz vardır. Özel ağlar, kamu LoRaWAN ağlarına kıyasla kullanıcıların ağ kapsamı, güvenlik ve veri yönetimi üzerinde tam kontrol sahibi olmasını sağlar.
Ayrıca, LoRaWAN’ı keşfeden yeni başlayanlar için özel olarak tasarlanmış SenseCAP LoRaWAN Başlangıç Kiti sunuyoruz. Bu kit, bir SenseCAP M2 Çoklu Platform LoRaWAN Kapalı Geçidi, XIAO ESP32-S3, Grove-Wio-E5 ve iki Grove sensörü içermektedir. LoRaWAN ile öğrenme sürecini ve deney yapmayı kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmıştır.
Seeed’de, farklı uygulama ihtiyaçlarını karşılamak için sürekli olarak Uzun Menzilli ürünler geliştirmekteyiz. Farklı endüstrilerde LR teknolojilerini daha erişilebilir hale getirmek için sistem entegratörleri, teknoloji sağlayıcıları ve diğer ortaklarla işbirliği yapmayı dört gözle bekliyoruz.
Wio-E5 & Wio-E5-LE (STM32WLE5JC) LoRa Modülü
LoRa destekli PCB’lerinizi özel olarak tasarlamak isteyenler için, STM32WLE5JC destekli LoRa modüllerimizle tanışın: Wio-E5 ve Wio-E5-LE, tek bir küçük modülde entegre edilmiş dünya çapında ilk LoRa RF ve MCU kombinasyonudur! CE, FCC, TELEC sertifikaları ile birlikte gelen bu iki modül, LoRa ürünlerinizi ölçeklendirmek için üretime hazırdır.
Seeed Endüstriyel IoT ürünleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Kaynaklar:
LR: Uzun Menzilli & Düşük Güçlü Ağlar için Bir İnternet Araştırması: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5038744/
LR® ve LoRaWAN® nedir?: https://lora-developers.semtech.com/library/tech-papers-and-guides/lora-and-lorawan/
LoRaWAN nedir (LoRAWAN Beyaz Kitap): https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-04/what-is-lorawan.pdf
LoRa 深度解析LR和LoRaWAN的区别: https://blog.csdn.net/
LR nedir?: https://blog.csdn.net/luoyir1997/article/details/80927148
LR ile ilgili birkaç yaygın soru özeti: https://blog.csdn.net/mycsdn_liruilin/article/details/83049939 by mycsdn_liruilin
LoRaWAN tanıtımı – LR çalışanları için yeterli olan makale: http://blog.csdn.net/iotisan/ by twowinter
Notlar
1) LoRa® Markası ve logosu Semtech Corporation veya yan kuruluşlarının ticari markalarıdır.
2)LoRaWAN® LoRa Alliance®’dan lisans altında kullanılan bir markadır.