電気/使用水量の情報収集に適用されるLoRaWANの技術の実現可能性解析のレポート

事のインターネットの開発によって、IoTの多くの適用に広い範囲で配置される遅れのための小さいデータ パケット、より大きい許容、および必要性があったりまたは遠隔に、地下あり、移動体通信の技術の既存の無線コミュニケーションまたは信号によって他の重く保護された場所は、達し易くない。前述の問題のために、長距離およびローパワー コミュニケーション技術は、低い電力の広域ネットワーク（LPWAN）として一まとめに参照されて開発された。LPWANに、および大きい関係が長距離低い電力の消費の利点ある、従ってそれは配置および少しのデータ伝送の広い範囲を要求する適用のために適している。それはスマートなエネルギー メートルのデータ収集のアプリケ−ション使用要件のために非常に適している。LPWANは2つのキャンプに分けることができる:周波数帯域に従う承認された周波数帯域そして無許可の周波数帯域は使用した。ライセンスのない周波数帯域LPWANの技術はより早い開発し、主要な技術はLoRaWANである。

1. LoRaWANへの紹介

LoRaWANは一組のLoRaの長距離の通信網のために設計されている通信プロトコルおよびシステム構築である。それはデータはLoRaWANネットワークでいかに送信されるか（ここのネットワークはノード、出入口およびサーバーを示す）定義したり、メッセージの種類、データ・フレームの構造および保証暗号化の方法を定義する;そしてネットワークの特定の操作をもたらし、マスターと奴隷装置の違いを説明する。

議定書およびネットワーク・アーキテクチャの設計では、LoRaWANは十分にノード パワー消費量、ネットワーク キャパシティ、保証およびネットワークの塗布の多様性のような複数の要因を考慮する。

2. LoRaWANのネットワーク・アーキテクチャ

LoRaWANのネットワーク・アーキテクチャの図表

LoRaWANのネットワーク・アーキテクチャは4部を含んでいる:ターミナル、基地局、NS （ネットワーク サーバ）、およびアプリケ−ション サーバ。星および細胞ネットワーク・トポロジは基地局とターミナルの間で使用される。LoRaの長距離の特徴、単一ホップ伝達が原因でそのの間で使用することができる。端末ノードは多数の基地局に同時に送ることができる。先の基地局はNSとターミナル間のLoRaWANの議定書データ、とそれぞれLoRaの無線周波数伝達およびTCP/IPのLoRaWANデータを運ぶ。

3. LoRaWANの議定書の概観

3.1端末ノードの分類

技術仕様の点では、LoRaWANの伝送速度は30bit/s-50kbit/sについてある、伝送距離は都会の約2-5キロメートルであり、最も長いの郊外の15キロメートルに達することができる。それは両方向伝送を支え、伝達方法は遅れの条件によって決まり、パワー消費量の機能は3つのレベルに分けることができる:ベースライン（A）の標識（クラスB）および連続的クラス（クラスC）。末端装置が要求をいつだけ送るか方法が、パワー消費量送信するクラスは最も低い。それは水道メーターおよびガス メートルで使用される。クラスCは最も短い伝達遅れ時間の計量値伝達を、意味する。クラスCは電気メートルで一般に使用される。

3.2端末ノードのアップリンクおよび下り回線伝達

これはクラスのシーケンス線図 アップリンクおよび下り回線である。現在、受け入れの窓RX1はアップリンクの後で一般に1第2を始め、受け入れの窓RX2は2秒アップリンクの後の始まる。

クラスCおよびAは基本的に同じである、但し例外としてはクラスAが眠っているとき、受け入れの窓RX2を開ける。

3.3端末ノードの方法ネットワークを結合するため

ネットワークを結合する2つの方法がある:-空気活発化（OTAA）および個人専有化（ABP）による活発化に。

LoRaWAN商業ネットワークは一般に保証が保証することができるように、OTAAの活発化プロセスに続く。この方法は3つの変数を、を含んで準備する必要がある:DevEUI、AppEUIおよびAppKey。

DevEUIは独特な末端装置を識別するIEEE EUI64と同じようなグローバルに固有のIDである。それは装置のMACアドレスと同等である。

AppEUIは独特なアプリケーション・プロバイダを識別するIEEE EUI64と同じようなグローバルに固有のIDである。

AppKeyは適用の所有者によってターミナルに割り当てられる。

ターミナルは「結合する」命令を始め、正しいことをNS （ネットワーク サーバ）はターミナルに、それ答え、割り当てるネットワーク・アドレスDevAddr （32ビットID）を確認する。党は両方ともネットワークの応答およびAppKeyで関連情報を使用したり、データを暗号化し、確認するのに使用されているセッションキーNwkSKeyおよびAppSKeyを発生させる。

第2選別法（ABPの活発化）が使用されたら、直接DevAddr、NwkSKeyおよびAppSKeyの最終的な通信パラメータを形成すれば、プロセスをもはや要求される結合してはいけない。この場合、装置はアプリケーション データを直接送ることができる。

3.4データ伝送および受信

の後でネットワークを、アプリケーション データ暗号化される結合しなさい。

2つのタイプのLoRaWANのデータ・フレームがある:確認されるまたは、応答および応答を要求しない他の1要求するすなわち未確認、タイプ。製造業者は適用必要性に従って適切なタイプを選ぶことができる。

さらに、それは導入からLoRaWANがサポート アプリケーションの多様性にあること見ることができる。適用を分けるのにAppEUIの伝達の間にデータを別に処理するのに使用に加えてまたFPortの適用港が使用することができる。適用業務層指定されるFPortの価値範囲は（1~223）ある。

3.5 ADRのメカニズム

LoRa調節に広がり要因があり、異なった広がり要因に異なった伝送距離および伝送速度があり、データ伝送の影響がない。

LoRaWANのネットワーク キャパシティを拡大するためには、LoRa率の適応（適応性があるデータ率ADR）のメカニズムは議定書で設計されている。異なった伝送距離の装置は伝達状態に従って可能な最も速いデータ転送速度を使用する。これはまた全面的なデータ伝送をより有効にさせる。

4. LoRaWANの特徴

LoRaWANに無線伝達、強いanti-interference能力、暗号化されたコミュニケーション、広い適用範囲、低い電力の消費、大きい関係および安価の特徴がある。

長距離:LoRaは二度およそ細胞技術のコミュニケーション間隔を達成する。

大容量:IoTの多くのノード、およびLoRaWANネットワークは容易に数万のノードを接続できる。

容易な容量の拡張:LoRaWANネットワークが容量を高める必要があるときちょうど出入口を加えなさい。

保証:LoRaWANは事の二重暗号化されたインターネットである。それは電気メートルの情報適用のために適している。

5. LoRaWANの出入口の指定

5.1出入口

5.2 LoRaWANモジュール

低い電力の消費:最も低いスタンバイの流れは1.5uAである

高い感受性:それは-139dBm@SF12/125KHzに達することができる

Anti-interference:高性能延長頻度コミュニケーションおよびエラー修正有効な周期インターリービング

強く鋭い能力は、適用範囲の範囲2km以上達することができる。

6. テスト レポート

6.1間隔のテスト

ウーハンRadarking Electronics Corp.からの3.7KMの線形間隔で、信号強度は-94である、SNRは-6.0であり、作り付けのアンテナおよび外部アンテナのデータ パケットは正常である。