LoRaWAN：远距离、低功耗跟踪的卓越连接选项

1. 简介

物联网 (IoT) 的出现彻底改变了资产跟踪，提供了有效监控和管理资源的创新解决方案。在现有的各种连接技术中，LoRaWAN（长距离广域网）是工厂、港口、校园、停车场、医院甚至全国性跟踪项目的最佳选择。本文探讨了 LoRaWAN 的优势，特别是在停车场、工厂、仓库或牲畜跟踪方面，并说明了为什么它是此类工作的最佳连接技术。

2.LoRaWAN的优势

2.1 长距离覆盖

LoRaWAN 技术以其覆盖范围广而闻名，覆盖范围可达数公里。这对于停车场来说尤其有利，因为停车场里的汽车可能分布在大片区域，包括建筑物、空地和偏远地区。长距离覆盖能力确保跟踪设备无论位于何处都能与网关有效通信。

Lansitec徽章追踪器通讯距离：
· 5 公里@SF9，网关和追踪器之间有几座建筑物和树林。
· 19公里@SF9。网关位于海岸边一栋30米高的建筑上，追踪器位于船上

太阳能蓝牙网关：
· 3 公里@SF9，网关和追踪器之间有一些建筑物和树林。

通过将 SF 增加到 10、11 或 12，距离可以进一步增大。
要了解有关 LoRaWAN 覆盖范围的更多信息，请参阅“哪些因素会影响物联网中 LoRaWAN 范围?”

远距离覆盖特性使LoRaWAN成为以下跟踪项目的理想选择：
· 经销商停车场的车辆和钥匙跟踪
· 海上渔民和工人追踪

2.2 低功耗

LoRaWAN 的一大优势是其低功耗。使用 LoRaWAN 的设备可以在单次充电或一块小型非充电电池的情况下运行很长时间，这对于无法频繁更换电池的跟踪应用至关重要。此功能可降低维护成本并确保不间断地持续监控人员、汽车和资产。

与蜂窝网络相比，较低的 TX 和 RX 电流也降低了对电池输出的要求，因此我们拥有更多的电池选择。

单片机:nRF52832
LoRa射频：SX1262
SF9
数据大小：9字节
已确认消息
系统平均 TX 电流：110.78mA
系统平均 RX 电流：4.97mA
总功耗：16.01 mC、0.00445 mAh

2.3 成本效益

LoRaWAN 是一种经济实惠的资产跟踪解决方案。该技术不需要昂贵的基础设施，因此适用于所有预算有限的项目。它使用 ISM 频段，可在全球范围内免费使用，因此每个人都可以构建自己的 LPWAN。

LoRaWAN 的运营成本较低，例如电池更换次数极少、成本不同的各种 LoRaWAN 网关和网络服务器 (NS) 以及低廉的数据传输费用，进一步提高了其成本效益。一些 LoRaWAN 网关具有内置网络服务器，非常适合小型项目。

另外，我们可以为 LoRa 联盟中的各种供应商（包括设备制造商、NS 和 APP 提供商）找到更多选项，以优化我们的解决方案。

2.4 网络多样性

LoRaWAN 的一个显著优势是，任何人都可以为不同类型的项目构建本地或基于云的 LoRaWAN 网络。除了私有网络外，用户还可以利用法国、比利时和荷兰等国家现有的全国性网络。这些已建立的网络为支持 LoRaWAN 的设备提供了全面的覆盖范围和基础设施。

对于那些寻求更去中心化方法的人来说，Helium 提供了一个有趣的替代方案。Helium 的网络在全球范围内运行，依赖于由个人用户维护的分布式热点网络。这种去中心化模式允许更广泛的覆盖范围和更大的灵活性，使其成为全球物联网 (IoT) 应用的有吸引力的选择。

基于卫星的 LoRaWAN 通信提供了另一种跟踪牲畜、车辆和集装箱的方法。它包括一些独特的功能：

全球覆盖： 卫星连接确保 LoRaWAN 设备可以从地球上的任何地方进行通信，即使是在地面网络基础设施有限的偏远或农村地区。
可扩展性： LoRaWAN卫星网络可以容纳大量设备，适合大规模物联网部署。
经济高效： LoRaWAN 卫星解决方案通常比传统卫星通信技术提供更具成本效益的替代方案。
可靠性： 即使在充满挑战的环境中，卫星通信也能提供高度的可靠性和弹性。

在只需要少量设备和简化网络的情况下，用户甚至可以使用点对点通信（除了 LoRaWAN），例如渔民警报和跟踪系统。
因此，LoRaWAN 网络非常灵活，它可以小到一艘船来跟踪水手和渔民，也可以在全国范围内跟踪容器, 托盘以及租赁资产。

2.5 网络容量

网络容量在大多数监控系统中不是问题，因为报告频率较低，从几分钟到几小时，或者可能是事件触发。然而，在跟踪项目中，用户希望每隔几秒到几分钟跟踪一次资产或人员。

示例 1：

GNSS 追踪器：750 个
报告间隔：5分钟
数据大小：9字节
SF7，LoRaWAN网关容量率为3.6%
SF8，LoRaWAN网关容量率为7%
SF9，LoRaWAN网关容量率为14%

为了最大化网络容量，并且最小化包裹丢失，最好将容量率保持在15%以下。

示例 2：

GNSS 追踪器：50 个
报告间隔：15秒
数据大小：9字节
SF7，LoRaWAN网关容量率为5%
SF8，LoRaWAN网关容量率为10%
SF9，LoRaWAN网关容量率为20%

有关详细的网络容量评估，请参阅我们的“8 通道 LoRaWAN 网络容量评估”，PN：511-00054。

从示例 1 和示例 2 可以看出，LoRaWAN 网络的容量取决于其网关密度。扩频因子 (SF)、数据大小和带宽决定了单网关网络的容量。我们还可以通过添加更多通信通道来扩展网络容量：EU868 中的上行链路通道从 8 个增加到 16 个，US915、AU915 和 CN470 中的上行链路通道从 8 个增加到 16 个或更多（最多 64 个）。还可以通过添加更多 LoRaWAN 网关来增加容量。

为了蓝牙网关并且传感器是静态的，使用自适应数据速率 (ADR) 机制是必不可少的。ADR 的主要目标是节省 LoRaWAN 终端节点的电池电量。让离网关最近的终端节点使用最低的扩频因子进行传输，可以最大限度地缩短其空中时间并延长其电池寿命。较远的传感器以更高的扩频因子进行传输。电池电量和距离之间需要权衡，因为更高的扩频因子允许网关连接到更远的设备

然而，对于移动的跟踪器，最好使用固定数据速率，以便在其与 LoRaWAN 网关的不同距离漫游时节省电量。固定数据速率还可以为移动设备（即跟踪器）保持稳定的通信。

2.6 漫游和移动性

在 LoRaWAN 中，终端节点不连接到特定网关。相反，节点传输的数据通常由多个网关接收并转发到中央网络服务器，在那里消息被验证并安全地转发到应用程序。智能和复杂性被转移到管理网络的网络服务器，并将过滤收到的冗余数据包、执行安全检查、通过最佳网关安排确认、执行自适应数据速率等。如果节点是移动的或正在移动，则无需将控制权从一个网关传递到另一个网关，这是允许资产跟踪应用程序的关键功能。

2.7 高安全性

在任何跟踪项目中，安全性都是首要考虑的问题，尤其是在处理敏感数据时。LoRaWAN 采用强大的加密标准，即 AES-128，以确保设备和网关之间传输的数据是安全的，并防止未经授权的访问。这种高水平的安全性对于维护跟踪信息的完整性和机密性至关重要。

2.8 有效载荷大小、数据速率和延迟

LoRaWAN 提供多功能数据传输配置文件，最大应用有效载荷为 11-242 字节（取决于频带和扩频因子），数据速率范围从 255bps 到 50kbps，延迟通常以秒为单位，具体取决于 RECEIVE_DELAY 设置）。虽然这些参数可能并不总是在各个方面都超过 NB-IoT、CAT-M 或 Cat-1，但它们非常适合许多跟踪应用。

3. 案例研究和实际实施

3.1 经销商停车场的汽车和钥匙

Lansitec B-Mobile® 解决方案将蓝牙信标和蓝牙网关与 LoRaWAN 相结合，提供无缝的汽车和钥匙跟踪功能。其工作原理如下：

蓝牙信标：这些小型装置可以连接到钥匙上或挂在后视镜上。它们会不断宣传自己的存在。
蓝牙网关：战略性放置的蓝牙网关会在这些信标进入范围时检测到它们。然后，这些网关通过 LoRaWAN 网络传输信标数据（主要、次要、电池状态和 RSSI）。
LoRaWAN：提供宽范围和低功耗跟踪。LoRaWAN 网关在城市地区的覆盖范围可达 5 公里，在农村环境中的覆盖范围可达 20 公里以上，可覆盖大面积区域。线性调频扩频调制可确保抗干扰能力。

好处

增强客户体验：实时跟踪可改善审计和互动期间的客户服务。
蓝牙信标电池寿命长：蓝牙信标的使用寿命可超过 5 年，确保持续跟踪。
太阳能蓝牙网关： 蓝牙网关上的蓝牙接收端可以持续接收附近的信标并立即向LoRaWAN报告。低功耗使蓝牙网关无需维护。

3.2 集装箱追踪

用户可以在岛屿、工厂和仓库之间的港口部署LoRaWAN网关，以提供无缝连接。

集装箱跟踪： 兰赛特 LoRaWAN 集装箱追踪器提供岛屿间运输的实时可视性。您将始终知道您的集装箱在哪里，无论是在船上、卡车上还是在仓储场。
将这些追踪器连接到工厂和仓库中的托盘、机械或其他资产上。监控移动、优化工作流程并防止丢失或被盗。
机器使用情况监控： 跟踪设备使用模式。识别闲置机器或检测运行中的异常情况。
资产管理： 无论是工具、备件还是贵重库存，该追踪器都可以通过蓝牙简化资产管理并通过 LoRaWAN 传输信息。

3.3 工人追踪

Lansitec 徽章追踪器和头盔传感器可用于追踪建筑工地、石油平台或海上风力发电厂的工人。

徽章追踪器

Lansitec徽章追踪器基于GNSS，蓝牙5.0和LoRa技术设计，支持室内和室外追踪，徽章主要用于人员和资产管理。
其内置的三轴加速器可用于判断终端的运动状态，从而有助于节省电池电量并提升用户体验。

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头盔传感器

Lansitec头盔传感器基于GNSS、蓝牙5.0和LoRaWAN技术设计，支持室内和室外追踪。
它支持各种功能，有助于在工业环境中轻松管理。其内置的3轴加速器可用于确定终端的运动状态。因此，它可以帮助节省电池并增强用户体验。

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3.4 UWB高精度跟踪

LoRaWAN 可用于 UWB 高精度追踪系统中的数据同步和传输。利用 LoRaWAN 的低功耗优势，相距 20~30 米的锚点可以依靠电池供电使用 5 年以上。同时具有 LoRaWAN 和 UWB 的追踪器将距离信息转发到 LoRaWAN 网关，供服务器计算其位置。
在这个基于LoRaWAN的UWB跟踪解决方案中，锚点和跟踪器均采用电池供电，大大减少了部署维护工作量。

请随时与我们联系以获取有关基于 LoRaWAN 的 UWB 跟踪解决方案的更多信息。