因此,您研究了不同的连接选项,权衡了 NB-IoT、Wi-Fi、Sigfox 等的优缺点,最后选择 LoRaWAN 作为您项目的最佳选择。但现在您在部署过程中面临另一个重大决定:是构建自己的 LoRaWAN 网络还是利用可用的公共网络选项。

与物联网中的大多数决策一样,鉴于没有一刀切的解决方案,做出这一决定仍然需要仔细考虑各种选择。答案最终取决于您的项目的特点、项目的目的以及您可用的资源。

LoRaWAN 连接:构建与购买

在本文中,我们将研究构建与购买问题,为您介绍每种问题的优缺点,并解释为您的项目选择正确选项时应考虑的事项。

让我们首先概述一下 LoRaWAN 本身。

一、LoRaWAN 背景

LoRaWAN 是一种低功耗、广域网络协议,通过提供双向通信、端到端安全、移动性和本地化服务,为物联网世界注入活力。它建立在 LoRa 无线电技术(网络的物理层)之上,这是一种对无线电波信息进行编码的调制技术,在小数据包的传输中效果特别好。

尽管其稳定增长,但该技术还很年轻,在其历史上有三个突出的事件:

两位法国朋友于 2009 年开始开发用于商业目的的 LoRa。
2012 年,创建了名为“LoRaMAC”的专有 MAC 协议来指定消息格式和安全层。
2015年2月,LoRa联盟成立,网络协议更名为“LoRaWAN”。

二、LoRaWAN架构

LoRaWAN架构由四部分组成:

节点:配备用于收集数据的传感器和用于将数据发送到网关的 LoRa 发射器的设备。尽管您可以组装自己的节点,但还是有很多优秀的即用型设备,例如Seeed Studio 的 SenseCAP S210X 系列。

网关:设备,例如RAKwireless 的 WisGate Edge Lite 2,通常只负责将设备的数据转发到服务器。它们配备了 LoRa 集中器,可以从节点接收信息。为了与服务器通信,网关使用更高带宽的通信协议,例如 Wi-Fi 或蜂窝网络。

网络服务器:负责网关的管理、传感器的授权以及传感器和应用程序之间的双向数据交换。

应用服务器:是架构的应用层,处理上行数据解密和解码、下行排队、下行数据编码和加密等工作。

在 LoRaWAN 中,终端节点与网关“对话”(而不是与其他节点)。网关将从节点接收到的数据转发到服务器,服务器在将消息发送到应用程序服务器之前删除重复的数据包、验证数据完整性并执行安全检查。您可以在本文中找到有关 LoRaWAN 工作原理的更详细说明。

三、LoRaWAN 的优点

考虑到 LoRaWAN 的使用可以带来的一系列好处,LoRaWAN 成为最受欢迎的物联网连接选项之一并非巧合。除了众所周知的低功耗和长距离之外,LoRaWAN 还因其支持双向通信而脱颖而出,这意味着可以向终端设备发送消息,这一功能有助于控制在工业环境中。

LoRaWAN 带来的好处还包括成本低廉、服务器能够处理来自数千个网关的数百万条消息、强大的生态系统以及可公开或私下访问。

我们想重点关注这篇文章的正是最后一点,因为即使在私有网络或公共网络上使用 LoRaWAN 的可能性是有益的,决定选择哪一个也可能很困难。因此,让我们回顾一下这两种选择带来的好处并比较它们的优缺点。

四、私有 LoRaWAN 网络(构建)

由于 LoRaWAN 协议的开放性,任何人都可以建立自己的网络。

一般来说,专用网络的元素(网关和服务器)受用户控制,并且只能由所有者和获得其许可的人访问。简而言之,这些网络只有一个或几个用户,通常规模较小,并且由所有者控制。

根据网络规模,与其他技术相比,部署 LoRaWAN 网络并不那么昂贵。这是因为一个网关可以处理数千个终端节点并覆盖 10 公里(6.2 英里)或更长的距离,这对于大多数操作来说已经足够了。由于基本计划的室内网关起价为 70 美元或更低,服务器订阅价格约为每月 85 美元,因此建立专用网络并不令人望而却步。

以下是设置专用网络的主要步骤:

决定是否支付服务器服务费用或制作定制服务器。

获取所需数量的网关。

将它们部署在所需的位置。

声明网关中的传感器

创建网关和数据处理平台之间的连接。

激活设备。

专用网络的主要优势在于它们提供的安全性和控制力。

LoRaWAN 是一种安全协议,但实施不当可能会使其容易受到攻击。私有设置将所有控制权交给其所有者,这可以降低窃听或数据泄露的风险。然而,这种控制超出了安全范围,因为可以对网络进行任何定制或更改(例如,增加其覆盖范围),并且仅取决于所有者及其资源。

私有设置的另外两个重要好处是,在某些情况下,这可能是一个更便宜的选择,因为如果使用网络的设备数量很多,公共网络的订阅费用可能会非常高。另一个好处是能够保证最佳的室内覆盖,这要归功于业主对部件的部署及其增长的控制。

另一方面,以下是私有设置的一些缺点:

在费用方面,需要较高的初始投资和经常性维护成本。
正确设置和部署网络的所有部分需要一些技术知识。

五、公共 LoRaWAN 网络(购买)

公共 LoRaWAN 网络覆盖大片地区,由拥有网关和/或服务器的电信公司或社区驱动的组织提供。与私人网络相反,公共网络由多个人和组织使用。

根据网络提供商的不同,订阅所需支付的费用可能取决于固定计划、连接到网络的设备数量、特定时间段内传输的数据量或这些因素的组合。

公共网络具有提供网络部分(例如网关和网络服务器)的直接优势,让您无需担心。

使用它们通常需要几个步骤:支付订阅费用、在运营商平台上注册设备、激活它们、检索运营商平台上传感器生成的数据并将其转发到另一个平台进行处理(最后一步是选修的)。

根据国家/地区的不同,有多个或没有LoRaWAN 公共网络运营商,他们提供不同的订阅计划和不同的覆盖密度。

至于社区网络,物联网的案例是一个很好的例子,说明了协议的开放性可以实现什么:一个不断增长的全球网络,成千上万的人为其做出贡献。此类别中的另一个例子是Loriot,这是一家为您提供免费服务器以连接网关和设备的公司。

以下是公共网络提供的好处列表:

它们的覆盖范围很大,非常适合分散或移动设备的操作。
与第一点一致,运营商运营的网络使您可以通过漫游跨越国界。
由于基础设施已经存在,因此初始成本较低。

同时,使用公共替代方案主要有五个缺点。主要的一个与安全有关。尽管网络的两个部分更容易受到攻击——即设备以及网络服务器和应用程序服务器之间的通信——具体取决于任何类型 LoRaWAN 网络中的用户,公共网络仍然是一个风险较高的选择。

这是剩下的四个缺点:

增加设备(和数据)数量可能会导致昂贵的订阅费用。
可用的覆盖范围可能不足以满足室内要求或特定位置。
漫游可能会很昂贵。
可能会出现更多计划外停机。
杂交种
在构建与购买问题中还有另一个选择,简单地说,就是选择两者的组合。混合方法可以通过允许用户通过公共网络访问更大的区域来填补覆盖范围的空白,同时仍然保证通过自己的设置实现最佳的室内或特定位置的连接。对于某些运营来说,这也可能是一个很好的经济策略,在这些运营中,平衡私有和公共网络的成本可能会优于它们各自的版本。

六、比较表

 

成本

安全

覆盖范围

漫游

私人(构建)

  • 需要更高的前期资本支出和经常性维护费用

  • 降低运营成本

  • 更适合大量设备

  • 允许采取更多行动来降低风险

  • 更适合敏感操作

  • 室内、远程覆盖均可保证

  • 更适合固定、集中的设备

无法使用

公开(购买)

  • 随着运营规模的扩大,订阅费用可能会变得很高

  • 降低资本支出

  • 更适合原型设计和/或少数设备

  • 潜在风险更大

  • 室内和远程覆盖可能很差甚至不可用

  • 更适合移动和分散的设备

  • 可用的

  • 可能成本高昂

七、经常问的问题

什么是私有 LoRaWAN 网络?

它是由有限数量的组织或人员部署、维护和使用的网络设置。网关和网络服务器都是私有的,可以随意更改和改进。

什么是公共 LoRaWAN 网络?

它是由运营商或社区运行的网络设置,可供多个组织和通常支付订阅费的人员使用。由运营商或社区决定对网络进行哪些更改或改进。

两者有什么区别?

专用网络提供更高程度的控制,这通常意味着更好的覆盖范围和安全性。由于规模较小,专用网络对于设备集中且固定的操作来说是一个不错的选择。建立专用网络需要较高的初始费用和经常性维护费用,但从长远来看可能会更便宜,特别是在连接到该网络的节点数量较多的情况下。

另一方面,由于公共网络已经存在,用户只需支付订阅费用并注册设备即可使用它们。它们的覆盖范围通常很大——这使得它们适合移动和分散的设备,但对于覆盖范围可能不足或不存在的室内或农村地区的节点来说并不理想。订阅模式使公共网络成为小规模运营的一个不错的选择,因为价格通常取决于节点数量或其生成的数据量——可以猜测,当节点数量增加时,这将成为一个缺点。

如何搭建私有网络?

第一步是获取网关和服务器。服务器服务可以定期付费,也可以设置定制服务器 – 第三种选择是使用可用的公共服务器服务,例如Loriot 的。获得这些部件后,构建网络需要以下步骤:

  • 将网关部署在所需位置。
  • 声明网关中的节点。
  • 创建网关和数据处理平台之间的连接。
  • 激活节点。

构建专用网络需要适当的知识,以便不同部分协调一致并且一切正常运行。

哪些网络提供商可用?

根据 LoRaWAN 联盟的数据,全球有170 个 LoRaWAN 运营商,各个国家的运营商有所不同。公共网络环境中有两个值得注意的选项:The Things Network,一个开放的、全球性的、社区驱动的网络,以及Loriot,一个 LoRaWAN 网络服务器提供商,提供免费的公共版本的服务,旨在进行概念验证,学术研究或 LoRaWAN 爱好者。