İçerikler
(Low-Power Wide-Area Network) |
Düşük güçlü geniş alan ağı (LPWAN) veya düşük güçlü geniş alan (LPWA) ağı veya düşük güç ağı (LPN), pille çalışan sensörler gibi bağlı nesneler arasında düşük bit hızında uzun menzilli iletişim sağlamak için tasarlanmış bir tür kablosuz telekomünikasyon geniş alan ağıdır.
LPWAN çok yıllı pil ömrü sunar ve değişen ortamlarda, uzun mesafelerde saatte birkaç kez az miktarda veri göndermesi gereken sensörler ve uygulamalar için tasarlanmıştır.
LoRaWAN Düşük Güçlü Geniş Alan Ağlarında (LPWAN) kullanılan bir iletişim protokolüdür. OSI ağ modelinin (veri bağlantısı ve ağ katmanları) 2. ve 3. katmanlarına eşdeğer kabul edilebilir. Tipik olarak, LoRaWAN, OSI katman 1’in (fiziksel katman) eşdeğeri olan LoRa’nın üstünde çalışır. Bunu bir Ethernet / IP ağı ile karşılaştırıyorsanız, LoRa fiziksel kablolar ve LoRaWAN MAC ve IP katmanlarıdır.
Dikkat edilmesi gereken bir nokta, “LoRaWAN” terminolojisi normalde “LoRa üzerinden LoRaWAN”’ a atıfta bulunmaktır. Gerçekte, LoRaWAN FSK radyosu üzerinden de çalışabilir (ancak bu yaygın olarak kullanılmaz).
LoRa’nın fiziksel katman olduğunu söylemiştik. Bu, kablosuz iletişim için kullanılan radyo modülasyonunu tanımladığı anlamına gelir. 1’ler ve 0’ların nasıl dalga formlarına dönüştürülerek havadan gönderildiğiyle alakalıdır.
LoRa, Gigahertz ISM (Endüstriyel, Bilimsel ve Tıbbi) frekans bantlarında çalışır. Kullanılan frekanslar ülkeden ülkeye değişir ancak Avrupa’da bu 433MHz & 868MHz anlamına gelir. Bazen bu frekanslara “lisanssız” veya “düzenlenmemiş” bantlar denir, ancak bu doğru değildir. Avrupa’da ETSI tarafından düzenlenmektedir, ancak kullanımı ücretsizdir.
LoRa Fransa’da geliştirildi ve patent Semtech adında bir şirkete aittir. Teknolojiyi dünyadaki çeşitli çip üreticilerine lisanslamaktadırlar.
Chirp spread spectrum (CSS) adı verilen teknolojiyi kullanır. Hızlı yükselen ve hızlı düşen “cıvıltı” dizileri kullanılarak bir dizi 0 ve 1’ler iletilir. Bu, radar sistemlerinin çalışma şekline ve yarasalar tarafından kullanılan yankı konumuna benzer. Bu teknoloji, düşük güç kullanımı ve parazite karşı çok iyi direnç ile çok uzun menzilli iletişim sağlar.
LoRaWAN, LoRa’nın tepesinde yer alır ve LPWAN’ın iletişim protokolünü ve ağ mimarisini tanımlar. Bir LοRaWAN ağı, sahaya dağıtılmış düğüm cihazları, bu cihazlarla konuşan gatewayler, bu gatewaylerden veri alan ağ sunucusu ve uygulama sunucularından meydana gelir.
- Düğüm cihazları: genellikle bunlar genellikle pille çalışan, her zaman çok az miktarda veri gönderen küçük, kablosuz sensör cihazlarıdır
- Gatewayler / yoğunlaştırıcılar: bunlar dönüştürücüler veya erişim noktaları olarak düşünülebilir. Bir LoRa radyo modülü (genellikle aynı anda birden fazla mesaj alabilmeleri için çok kanallı) ve bir çeşit IP bağlantısı içerirler. IP bağlantısı bir Ethernet kablosu, wifi bağlantısı, 3G / 4G veri bağlantısı veya benzeri olabilir. Düğüm cihazlarından LoRa iletişimini alırlar ve IP bağlantıları üzerinden mesajı bir ağ sunucusuna iletirler. Buradaki fikir, tek bir ağ geçidinin binlerce düğümü işleyebilmesi ve geniş bir alanda (tipik olarak çok kilometrelik alanlar) LοRaWAN kapsama alanı sağlayabilmesidir.
- Ağ sunucusu: ağ geçitleri aldıkları mesajları bir ağ sunucusuna gönderir. Ağ sunucusu mesajların çoğaltılmasını yönetir (mesajlar birden fazla ağ geçidi tarafından alınabileceğinden) ve mesajları doğru uygulama sunucusuna iletir
- Uygulama sunucusu: LoRaWAN mesajları burada sona erer, mesaj şifreleme, veri depolama, ağ birleştirme (ağa katılan / ağa kayıt yapan düğüm cihazları) işlenir.
Cihaz sınıfları
LοRaWAN’da cihazlar üç farklı şekilde çalışabilir:
A Sınıfı: Bir cihazın radyosu çoğu zaman kapalıdır, veri göndermek istediğinde uyanır. Veri gönderdikten sonra kısa bir süre sonra gelen mesajı dinler, sonra tekrar uyku moduna geçer. Bu, bir cihaza yalnızca cihaz veri gönderdikten hemen sonra komut gönderebileceğiniz anlamına gelir. Sıcaklığı her 15 dakikada bir gönderen sıcaklık izleme cihazı gibi pille çalışan sensörler için tasarlanmıştır.
B Sınıfı: A sınıfına benzer, ancak cihaz aynı zamanda belli aralıklarla radyosunu açarak ağ geçitleri tarafından gönderilen belirlenen zamanlanmış mesajları dinleyecektir. Bu, daha güvenilir bir şekilde mesaj gönderebilmeniz gereken cihazlar için kullanışlıdır.
C Sınıfı: Bu cihazların radyoları neredeyse her zaman açıktır. Alamadıkları tek zaman bir mesaj ilettikleri zamandır. Aktüatör gibi, mümkün olan her zaman kontrol edebilmeniz için elektrikle çalışan cihazlar için tasarlanmıştır.
LοRaWAN Özellikleri
Ultra düşük enerji tüketimi. Diğer veri iletim protokolleriyle karşılaştırıldığında, LοRaWAN çok az güç gerektirir ve cihazların pil ömrünü uzatır.
Geniş Mesafe. Kapsam ne kadar geniş olursa, IoT altyapısı o kadar daha iyi ve ucuz olur. LοRaWAN ile menzil kentsel ortamlarda yaklaşık 5 kilometre ve açık bölgelerde 15 kilometredir.
Maliyet verimliliği. LοRaWAN mimarisinin IoT altyapısı içine yerleştirilmesi nispeten kolaydır. Lisans gerektirmeyen frekanslara ve düşük maliyetli baz istasyonlara dağıtım, LοRaWAN uygulamalarını ekonomik olarak uygulanabilir kılar. Aynı pille yıllarca çalışabilen LοRaWAN IoT cihazları ve cihaz bakımı için saha ziyareti yapılmaması maliyetleri azaltır.
Açık kaynak. Açık kaynaklı bir protokol olan LοRa, topluluğun en iyi uygulamalarını kapsar. LoRa Alliance üyeleri LοRa ile çalışan IoT girişimlerini desteklemek için üzerlerine düşeni yapıyor.
İki yönlü iletişim. LoRa’nın etkin olduğu IoT ağ birimleri (örneğin sensörler) hem veri iletebilir hem de alabilir. LoRa ekipmanı uzak konumlara bile durum mesajları gönderebilir.
GPS içermeyen konumlama. Bir cihaz en az üç ağ geçidine iletim yaparken, LoRaWAN uygulamaları GPS’e benzer ancak daha fazla enerji ve maliyet tasarruflu bir üçgenleme tekniği kullanarak sinyalin yaklaşık kaynağını hesaplayabilir.
Engelleri aşma. LοRa radyo dalgaları engellerden geçebilir ve asansörlere, bodrumlara veya yeraltı otoparklarına yerleştirilen sensörler gibi kapalı alanlardaki cihazlara ulaşabilir.
Güvenlik. LοRaWAN iki güvenlik katmanı içerir. Ağ güvenlik katmanı, ağdaki düğümün özgünlüğünü sağlar. Uygulama katmanı güvenliği, iletilerin aktarım sırasında okunamaması veya bunlara müdahale edilmemesi için düğümler ve uygulama sunucusu arasındaki veri şifrelemesini gerçekleştirir. AES şifrelemesi, sunucu ve düğüm arasında anahtar değişimi ile kullanılır. TLS sertifikasyon doğrulaması kullanmak gibi kendi uygulamanızda LoRaWAN’ın üzerine ekstra bir uygulama güvenliği katmanı oluşturmak da mümkündür.
IoT Platformu
Nesnelerin İnterneti ( Internet of Things) ‘ nin en önemli bileşenlerinden biri IoT platformudur. Platform cihazları birbirine bağlamaktan sorumludur. Kullanıcının bağlı cihazlarını kontrol etmesine ve izlemesine izin vermek için GUI (grafik arayüzü) içeren bulut tabanlı bir yazılımdır.
IoSphere IoT Platformu, veri toplama, analiz, görselleştirme ve cihaz yönetimi imkanı sunar ve LοRaWAN’ı destekler.