LoRa para control:iluminación, cerraduras y respuesta a la demanda

Limitaciones del uso de LoRaWAN:impacto en la seguridad, el costo y la confiabilidad.

Muchos clientes de Link Labs utilizan LoRa para la conectividad inalámbrica en sus proyectos centrados en el control. LoRa es una excelente opción para tales aplicaciones porque la naturaleza de alto alcance y alto presupuesto de enlace de LoRa significa que un área grande, como un edificio completo, un campus o varias cuadras de la ciudad, se puede cubrir con una sola puerta de enlace.

La mayoría de los clientes han intentado utilizar el protocolo estándar LoRaWAN para su aplicación antes de decidirse a utilizar Symphony Link, que es nuestro protocolo de red privada alternativo también construido con LoRa, optimizado para detección y control industrial y muy personalizable. Estas son las razones por las que eligen Symphony Link:

Seguridad:multidifusión.

La multidifusión es necesaria para controlar varios puntos a la vez. Puede imaginar que para muchas aplicaciones basadas en control, controlar más de un dispositivo a la vez es importante. Es posible que sea necesario encender todas las luces de la calle en un bloque o bloquear todas las puertas de un pasillo en caso de emergencia. Las aplicaciones de respuesta a la demanda también casi siempre requieren control de multidifusión.

Esto se debe a cómo se maneja el cifrado, la autenticación y el aprovisionamiento en LoRaWAN. Se preconfigura un conjunto único de claves / ID para cada punto final y luego se almacena en el servidor LoRaWAN. La única forma de abordar varios nodos a la vez con LoRaWAN es mediante una solución en la que la identidad del nodo y el conjunto de claves se comparten entre varios nodos. En ese caso, la red LoRaWAN cree que está transmitiendo un mensaje de enlace descendente a un solo nodo, pero en realidad varios nodos pueden descifrarlo. Esto es problemático porque viola la arquitectura de seguridad de LoRaWAN, impide las funciones adecuadas de la capa 2 (como los reconocimientos de mensajes) y requiere que el cliente maneje el direccionamiento y otras funciones en la capa de la aplicación. (Consulte la página 11 - En este artículo de seguridad de LoRaWAN)

En Symphony Link, hay varias claves de sesión establecidas para cada nodo, una clave de unidifusión y una o más claves de multidifusión. Esto permite que los nodos se direccionen individualmente, en grupos o en toda la red. Esta poderosa innovación ha convertido a Symphony Link en una gran herramienta para clientes con casos de uso centrados en el control. También es lo que permite que Symphony Link admita actualizaciones de firmware inalámbricas de dispositivos terminales.

Costo de instalación:repetidores

Los repetidores son dispositivos que transmiten señales entre los nodos finales y las puertas de enlace, cuando no es posible una conexión directa.

Si bien hay afirmaciones de que los repetidores no son necesarios porque el rango de LoRa es muy grande (vea el n. ° 11 en este artículo), no estamos de acuerdo. La penetración de edificios profundos con un margen de señal cómodo requeriría múltiples puertas de enlace LoRaWAN en muchos casos.

Los repetidores Symphony Link funcionan ajustando el encabezado de la trama, el enlace descendente, el enlace ascendente y la trama de retransmisión dentro de una trama Symphony Link utilizando un factor de dispersión más alto. Esto reduce el presupuesto de enlace de un repetidor en 3 dB, pero no tiene ningún efecto sobre la latencia.

Para aplicaciones como control de alumbrado público o respuesta a la demanda, es una arquitectura muy rentable tener una puerta de enlace central conectada a un repetidor por vecindario. Esos repetidores solo necesitan energía (incluso energía solar) y no una conexión de datos. Algunos de nuestros clientes combinan un repetidor en un nodo final, de modo que puedan funcionar como controlador y repetidor.

Fiabilidad:interferencias y reconocimientos de varias redes

LoRaWAN fue diseñado como un protocolo para una red a gran escala de un solo operador. Dado que, en cambio, está siendo utilizado por varias partes de diferentes maneras:

Dado que todos los canales LoRaWAN son compartidos, cualquier paquete LoRaWAN es visto y demodulado por todas las puertas de enlace en el rango, sin importar quién sea el propietario. Si hay una red LoRaWAN operada por un operador y varias redes LoRaWAN privadas operando en un área, el rendimiento de todas las redes se verá afectado debido a las colisiones. Para las aplicaciones de control, esto es especialmente problemático, ya que la confiabilidad es una consideración importante.

Symphony Link utiliza un esquema de modulación diferente al de LoRaWAN y, por lo tanto, el tráfico de LoRaWAN no interfiere con Symphony Link. Además, las redes Symphony Link administran automáticamente las asignaciones de canales para evitar la interferencia de canales compartidos entre redes. Symphony Link puede operar 96 redes simultáneas en la banda de 900 MHz sin interferencia de enlace descendente.

Dado que se reconocen todas las transacciones de Symphony Link, tanto del enlace ascendente como del enlace descendente, cualquier mensaje que se pierda se repetirá hasta que se reciba.

Algunas consideraciones

Latencia. El enlace descendente de clase C en LoRaWAN es completamente asíncrono, y si el control uno a uno es una arquitectura que funciona, la latencia es menor que Symphony Link. Esto funciona para aplicaciones alimentadas por CA, ya que para LoRaWAN Clase C, el receptor funciona continuamente, consumiendo ~ 10 mA. Symphony Link usa un intervalo de fotogramas de 1 o 2 segundos, por lo que la latencia puede ser de hasta 2 segundos para un mensaje de control, pero al usar canales de activación en Symphony Link, los controladores alimentados por batería son posibles. Esta es una característica clave para cerraduras y otros controladores alimentados por batería.

Otras funciones de Symphony Link.

Si bien no es necesariamente tan importante para controlar las aplicaciones, vale la pena mencionar que algunos clientes también requieren estas características únicas de Symphony Link:

- Sincronización horaria - La transmisión de tiempo en toda la red permite que las aplicaciones basadas en tiempo y marcas de tiempo se ejecuten en el punto final. Esto también puede ser importante en aplicaciones de control. De esa manera, las luces se pueden programar para que se enciendan / apaguen en ciertos momentos, en lugar de recibir órdenes cada vez.

- Actualizaciones de firmware por aire - cambiar el firmware de la aplicación después de la implementación.

- Autoaprovisionamiento y encriptación - sin administración de claves por dispositivo en producción.

- Control de velocidad de datos y energía en tiempo real - Permite que los nodos permanezcan conectados si las condiciones de RF cambian rápidamente y resuelve el problema LoRa near-far, en el que los nodos cercanos impiden que se escuchen los nodos lejanos.

- Calidad de servicio - Permite que los mensajes importantes tengan prioridad sobre los mensajes de menor prioridad en redes congestionadas.

En conclusión:Entendemos el atractivo de utilizar el sistema LoRaWAN gratuito para aplicaciones de IoT. En el caso de las aplicaciones de control, la mayoría de los clientes encontrarán una arquitectura limitante, ya que no fue diseñada para este propósito. Symphony Link se diseñó con el control como caso de uso principal. Si está interesado en obtener más información sobre Symphony Link, comuníquese con nosotros.