LoRaテクノロジーのシステムアーキテクチャ構成の分析

現在、LoRaテクノロジーに基づくネットワーク層プロトコルは主にLoRaWANであり、少数の非LoRaWANプロトコルがありますが、通信システムネットワークはすべてスター型ネットワークアーキテクチャであり、これに基づいて簡素化および改善されています。主に以下の3種類を含みます。
　　（1）ポイントツーポイント通信。
　　ポイントツーポイント通信は、初期のLoRaテクノロジで主に見られます。ポイントAが開始し、ポイントBが受信し、確認のために返信するか返信しないかを選択できます。複数のグループ間で周波数ポイントを分離し、LoRa変調の高感度を使用することをお勧めします。特定のアプリケーションと実験プロジェクト。利点は最も単純であり、欠点はネットワーキングがないことです。
　　（2）スター型ネットワークポーリング。
　　ポイントツーマルチポイント通信。N個のスレーブノードが中央ポイントと順番に通信し、ノードからアップロードし、中央ポイントがそれを受信して​​確認を返すのを待ってから、次のノードがN個のノードがすべて完了するまで、もう一度アップロードを開始し、サイクルが終了します。この構造は本質的にポイントツーポイント通信ですが、タイムシェアリング処理が追加され、N個のスレーブノード間の周波数ポイントを分離または再利用できます。利点は単一プロジェクトの低コストにありますが、欠点は、スレーブノードの数が少なく、ネットワークのリアルタイム要件が低いアプリケーションにのみ適していることです。
　　（3）スターネットワークの同時実行性。
　　ポイントツーマルチポイント通信。複数のスレーブノードが同時に中央ポイントと通信できます。スレーブノードはデータをランダムに報告できます。ノードは、外部環境とチャネルの閉塞に応じて、周波数ホッピングとレートアダプティブテクノロジーを自動的に採用できます。論理的に、ゲートウェイは異なるレートを受信し、異なる周波数での信号の組み合わせにより、ゲートウェイは物理的に同時に8、16、32、またはそれ以上のデータチャネルを受信できるため、多数のノードがアップリンクしているときの衝突の確率が減少します。このシステムは優れたスケーラビリティを備えており、個別にネットワークを構築でき、相互接続が可能です。現在、LoRaフィールドは主にLoRaWANテクノロジーを指します。
　　2.システム構成
　　ポイントツーポイント通信とスター型ネットワークポーリングのシステム構成は比較的シンプルで、両端はノードであり、マスターとスレーブに分かれています。マスターノードがスレーブノードからアップリンクデータを受信した後、スレーブノードにダウンリンク確認フレームを送信し、スレーブノードがスリープに入るので、作業モードは比較的簡単です。ここでは、主にLoRaWANスター型ネットワークの同時実行構造について説明しますLoRaWANシステムは、主にノード/端末、ゲートウェイ/基地局、サーバーの3つの部分に分かれています。
　　ノード/ターミナル（ノード）：LoRaノードは、多数のさまざまなセンシングアプリケーションを表し、LoRaWANプロトコルでクラスA、クラスB、クラスCの3つの異なる動作モードに分けられます。クラスA動作モードでは、ノードはアクティブなレポートを送信し、通常のスリープ状態にあり、固定ウィンドウ期間でのみゲートウェイダウンリンクデータを受信できます。クラスAの利点は、非LoRaWAN LoRaノードよりも消費電力が極めて低いことです。たとえば、水道メーターアプリケーションの10年を超える寿命は、通常、クラスAに基づいています。ClassBモードは、固定された時間同期期間です。固定期間では、ウィンドウの期間をランダムに決定して、ゲートウェイのダウンリンクデータを受信し、リアルタイムのパフォーマンスと低消費電力を考慮に入れることができます。また、時間同期に対する高い要件が特徴です。クラスCモードは一定の送受信モードです。ノードは電力消費を考慮せず、いつでもゲートウェイダウンリンクデータを受信できます。リアルタイムのパフォーマンスが最高です。電力消費を考慮しないか、スマートメーターやスマート街路灯制御などの大量のダウンストリームデータ制御を必要とするアプリケーションに適しています。
　　ゲートウェイ/ベースステーション（ゲートウェイ）：ゲートウェイはLoRaWANネットワークを構築するための重要なデバイスであり、その目的は、大量のノードデータレポートによって発生する同時実行の競合を緩和することです。主な機能は次のとおりです：1）強力な互換性、LoRaWANプロトコルに準拠するすべてのアプリケーションにアクセスできます; 2）柔軟なアクセス、単一のゲートウェイは数十から数万のノードにアクセスでき、ノードはランダムにネットワークに接続され、数は拡張できます; 3 ）強​​力な同時実行性、ゲートウェイは少なくとも8つの周波数ポイントをサポートでき、同時にランダムな8チャネルのデータチャネルを同時に拡張できます。4）全二重通信を実現でき、アップリンクとダウンリンクの同時実行性は競合せず、効果は強力です。5）高感度、同じ速度は非LoRaWANデバイスよりも高速です。6）ネットワークトポロジがシンプルで、スター型ネットワークの信頼性が高く、消費電力が低くなります。7）ネットワーク構築コストと運用コストが非常に低くなります。
　　サーバー：LoRaWANシステムの管理とデータ分析を担当し、主な制御コマンドはサーバーによって発行されます。さまざまな機能に応じて、ネットワークサーバー（ネットワークサーバー）はゲートウェイと通信してLoRaWANデータパケット分析とダウンストリームデータパッケージを実現し、アプリケーションサーバーと通信してネットワークアドレスやIDなどのキーを生成します;アプリケーションサーバー（アプリケーションサーバー）はデータのロードを担当します暗号化と復号化、およびいくつかのキーの生成。クライアントサーバーは、ユーザーが開発したB / SまたはC / Sアーキテクチャに基づくサーバーで、主に特定のアプリケーションサービスとデータプレゼンテーションを扱います。
　　LoRaWANシステムの利点には、広いカバレッジ、ネットワークの最適化と構築コストの節約、オンサイト構築の複雑さの軽減、サーバー側の認証によるクロスカバレッジの実現、カバレッジの盲点の削減、サーバー側の全体的な管理、チャネル利用率の向上、システム容量の増加などがあります。ゲートウェイのマルチチャネル同時実行により、競合が減少し、ノード周波数ホッピングがサポートされ、システム容量が増加します。ノードレートアダプテーション（アダプティブデータレート）により、電力消費と同時競合が減少し、容量が増加します。高セキュリティ、2レベルのAES-128（Advanced Encryption Standard-128） ）データ暗号化、ロバスト性を改善するためのスター型ネットワーク構造、LoRaWANプロトコル標準化。