制御用のLoRa-照明、ロック、およびデマンドレスポンス

LoRaWANの使用の制限-セキュリティ、コスト、および信頼性への影響。

Link Labsの多くのお客様は、制御中心のプロジェクトでワイヤレス接続にLoRaを使用しています。 LoRaは、長距離でリンクバジェットが高いという性質があるため、建物全体、キャンパス、複数の街区などの広いエリアを1つのゲートウェイでカバーできるため、このようなアプリケーションに最適です。

ほとんどのお客様は、Symphony Linkを使用する前に、アプリケーションに標準のLoRaWANプロトコルを使用しようとしました。これは、LoRaで構築され、産業用のセンシングと制御用に最適化され、非常にカスタマイズ可能な代替プライベートネットワークプロトコルです。彼らがシンフォニーリンクを選んだ理由は次のとおりです。

セキュリティ：マルチキャスト。

一度に複数のポイントを制御するには、マルチキャストが必要です。多くの制御ベースのアプリケーションでは、一度に複数のデバイスを制御することが重要であることが想像できます。緊急時には、ブロックのすべての街灯をオンにするか、廊下のすべてのドアをロックする必要がある場合があります。デマンドレスポンスアプリケーションでも、ほとんどの場合、マルチキャスト制御も必要です。

これは、LoRaWANで暗号化、認証、およびプロビジョニングがどのように処理されるかによるものです。キー/ IDの一意のセットは、エンドポイントごとに事前構成されてから、LoRaWANサーバーに保存されます。 LoRaWANで一度に複数のノードをアドレス指定する唯一の方法は、ノードIDとキーセットが複数のノード間で共有される回避策を使用することです。その場合、LoRaWANネットワークはダウンリンクメッセージを単一のノードに送信していると見なしますが、実際には複数のノードがそれを復号化できます。これは、LoRaWANのセキュリティアーキテクチャに違反し、適切なレイヤー2機能（メッセージ確認応答など）を妨げ、アプリケーションレイヤーでアドレス指定やその他の機能を処理する必要があるため問題があります。 （11ページ-このLoRaWANセキュリティ記事を参照）

Symphony Linkには、ノードごとに確立された複数のセッションキー、ユニキャストキー、および1つ以上のマルチキャストキーがあります。これにより、ノードを個別に、グループで、またはネットワーク全体でアドレス指定できます。この強力な革新により、Symphony Linkは、コントロール中心のユースケースを持つ顧客にとって優れたツールになりました。また、SymphonyLinkがエンドポイントデバイスの無線ファームウェアアップグレードをサポートできるようにするものでもあります。

インストールのコスト：リピーター

リピーターは、直接接続が不可能な場合に、エンドノードとゲートウェイの間で信号を中継するデバイスです。

LoRaの範囲が非常に広いためリピーターは必要ないという主張がありますが（この記事の＃11を参照）、私たちは同意しません。快適な信号マージンを備えた建物への深い浸透には、多くの場合、複数のLoRaWANゲートウェイが必要になります。

Symphony Linkリピーターは、1つの高い拡散係数を使用して、フレームヘッダー、ダウンリンク、アップリンク、およびリレーフレームを1つのSymphonyLinkフレーム内に収めることによって機能します。これにより、リピーターのリンクバジェットが3 dB減少しますが、遅延には影響しません。

街路灯の制御やデマンドレスポンスなどのアプリケーションの場合、近隣ごとに1つのリピーターに1つの中央ゲートウェイを接続することは非常にコスト効率の高いアーキテクチャです。これらのリピーターは、データ接続ではなく、電力（太陽光発電でさえ）のみを必要とします。一部のお客様は、リピーターをエンドノードに組み合わせて、コントローラーとリピーターの両方として機能できるようにしています。

信頼性：マルチネットワーク干渉と確認応答

LoRaWANは、単一オペレーターの大規模ネットワーク用のプロトコルとして設計されました。代わりに、さまざまな方法で複数の関係者によって使用されているため：

すべてのLoRaWANチャネルが共有されているため、LoRaWANパケットは、所有者に関係なく、範囲内のすべてのゲートウェイによって認識および復調されます。キャリアが運用するLoRaWANネットワークと、あるエリアで動作する複数のプライベートLoRaWANネットワークがある場合、衝突によりすべてのネットワークのパフォーマンスが低下します。制御アプリケーションの場合、信頼性が重要な考慮事項であるため、これは特に厄介です。

Symphony LinkはLoRaWANとは異なる変調方式を使用しているため、LoRaWANトラフィックはSymphonyLinkに干渉しません。さらに、Symphony Linkネットワークは、ネットワーク間の同一チャネル干渉を防ぐために、チャネル割り当てを自動的に管理します。 Symphony Linkは、ダウンリンク干渉なしに、900MHz帯域で96の同時ネットワークを運用できます。

アップリンクとダウンリンクの両方ですべてのSymphonyLinkトランザクションが確認されるため、欠落したメッセージは受信されるまで繰り返されます。

いくつかの考慮事項

レイテンシ。 LoRaWANのクラスCダウンリンクは完全に非同期であり、1対1の制御が機能するアーキテクチャである場合、遅延はSymphonyLinkよりも短くなります。クラスCLoRaWANの場合、レシーバーは継続的に動作し、最大10mAを消費するため、これはAC電源アプリケーションで機能します。 Symphony Linkは1秒または2秒のフレーム間隔を使用するため、制御メッセージの遅延は最大2秒になる可能性がありますが、Symphony Linkでウェイクアップチャネルを使用することにより、バッテリー駆動のコントローラーが可能になります。これは、ロックやその他の電池式コントローラーの重要な機能です。

その他のシンフォニーリンク機能。

アプリケーションを制御することは必ずしも重要ではありませんが、一部の顧客はこれらのSymphonyLink独自の機能も必要としていることに言及する価値があります。

-時間同期 -ネットワーク全体のタイムブロードキャストにより、タイムスタンプとタイムベースのアプリケーションをエンドポイントで実行できます。これは、制御アプリケーションでも重要になる可能性があります。そうすれば、ライトを毎回コマンドするのではなく、特定の時間にオン/オフするようにプログラムできます。

-無線によるファームウェアのアップグレード -展開後にアプリケーションファームウェアを変更します。

-自動プロビジョニングと暗号化 -本番環境ではデバイスごとのキー管理はありません。

-リアルタイムの電力とデータレートの制御 -RF状態が急速に変化した場合でもノードの接続を維持できるようにし、LoRaの近距離問題を解決します。この問題では、近距離ノードが遠距離ノードの聞こえを妨げます。

-サービス品質 -混雑したネットワークでは、重要なメッセージが優先度の低いメッセージよりも優先されるようにします。

結論：IoTアプリケーションに無料のLoRaWANシステムを使用することの魅力を理解しています。制御アプリケーションの場合、この目的のために設計されていないため、ほとんどのお客様はアーキテクチャが制限されていることに気付くでしょう。 Symphony Linkは、主なユースケースとしてコントロールを使用して設計されました。 Symphony Linkについて詳しく知りたい場合は、ご連絡ください。