使用LoRa技术进行智慧建筑改造

使用LoRa技术进行智慧建筑改造,第1张

开启LoRa和基于云的分析,商业地产正在从硬件业务转向软件&服务业务

执行摘要

在过去十年中,分析师已预测了物联网将会是一个具有高增长机会,拥有巨大的潜力市场。 然而,直到最近才有诸如低功耗无线连接、基于云的处理和数据分析的技术可以一起实现这些预测。

在本文中,我们讨论各种物联网技术的融合将如何改变商业房地产(CRE)行业。 实时的、基于云的分析、报告和服务的有效性使得商业房地产业主、物业管理者和传感器制造商的思想发生了显著的转变。 从建筑物中数百个或更多传感器收集数据和信息的能力使得不同的商业模式还可以实现为实时的基于数据的分析,从而为大量潜在的新服务提供了动力。

LoRa®是一种低功耗、长距离的无线连接技术,专门针对物联网部署的挑战而开发。 例如,它的超低功耗使电池供电的传感器可以根据使用情况持续工作很多年,而其远距离功能允许传感器在10公里或更远的距离与网络进行通信。此外,LoRa架构可以使数百个传感器、执行器或标签能够以成本有效的方式连接到网络。这种长电池寿命、远距离连接和大容量网络的组合使得网络运营商能够快速建立基于LoRa的网络,同时显著地降低部署成本。而且不像mesh网络如Zigbee或短距离RF技术如蓝牙和WiFi,LoRa不需要物业管理公司使用昂贵的建筑安装工部署网络或高技能的技术人员进行管理。

智慧城市趋势和未来发展

现状

过去,商业房地产业主已经看到部署少数特定解决方案的技术,旨在通过有针对性的能源效率应用来减少运营费用。 公司主要使用不同的楼宇管理系统(BMS)完成这项工作,但是这种系统的使用仍然需要大量的本地、手动交互、低自动化和每个应用专用的基础设施。

某些建筑行业已经看到了有些集成的解决方案,使建筑物更加节能。 这些系统通常需要较少的人工交互,允许更快的决策(由于集中式的数据),并可能与企业资源规划(ERP),资产管理和商业智能(BI)工具集成。 然而,很多时候,这些更适应新的建筑施工,而改造现有的建筑物变得复杂和昂贵。

高级用例

以下用例是如何利用新的物联网连接解决方案和相关的基于云的数据分析为房地产所有者以及租户和其客户提供真正价值的例子:

精密测量: 为整个建筑部署的智能电表可以更精确地监控整座建筑物的能源消耗,同时使用智能电插头可让租户检测高耗能设备并采取适当措施降低消耗。

高效加热和冷却: 使用传感器、智能恒温器就可以监控室内/室外的空气温度、湿度和室内人员检测。 然后,这些数据可用于智能地控制建筑内的HVAC、加热器和通风系统,以便仅在需要时才冷却或加热房间,从而降低能源成本。

维护: 传感器的使用可以明显地降低维护成本,通过使用“预测分析”和“按需”服务。 例如,在代价高昂的损失发生之前,可以监测水流量和漏水及早确认漏水情况。 监控电梯电机和设备的运行情况,可以及早检测潜在故障的隐患。 弄脏了的窗户会变得模糊不清,可以触发自动清洁服务的请求。 垃圾桶可以通知经营者其填充的状态,并在装满的时候请求运走。 使用一个连接的墙壁按钮,洗手间用户在需要清洁时提醒清洁维护服务。 当啮齿目动物被捕获时,捕抓器可以提醒 *** 作者在腐烂发出臭味之前将其除去。

安全性: 建筑的智能传感器让每个人更加安全,通过监测和报告各种问题,包括火灾报警、办公室空气质量、工业建筑的危险化学品检测以及建筑结构完整性报告如遭受了一次地震。

安全: 住户可以配戴徽章控制访问,但还提供到场信息。 运动检测器可用于检测入侵。 窗和门开启检测器可以用于识别应该关闭进入点是否打开了,并且远程控制关闭而不必到哪里。

空间优化: 实时入住率、地理定位和步行交通数据可以用来确定空间的使用模式,让空间效率优化和重新配置办公室和零售位置布局,基于实际使用数据来增加建筑密度的使用。

实时洞察: 访问交通数据还可以直接向租户提出解决方案。 例如,建筑管理者可以使用这些信息来优化住户之间的互动以提高生产力,制定高峰时段的出行计划,在重要地点提供有针对性的信息(如安全性、特殊事件),并通过提供健身洞察来改善租户健康。

可持续发展: 新趋势是将社会责任置于公司治理前面。 在美国,人们创造了B-Corps以认识到社会价值创造。 可持续发展报告是这一趋势的一部分,诸如GRESB和GRI等标准的出现可能成为智能建筑生态系统的重要指标。 数据收集的自动化整合可以促进可持续发展报告并减少相关成本。

下表显示了业主、租户和住户价值主张的一个例子。 改造栏描述了这种解决方案对现有建筑的时间收益和改造便利性。 改造市场远远大于新建业务,并提供更快的收益潜力。 不管怎样,一些先进的解决方案更适合于新建筑,因为它们需要更深入地集成传感器到建筑中。

完全集成优势

上述用例依赖于产生大数据传感器的增长和能够处理数据基于云分析的基础设施。 通过利用完全可用的数据,一个集成的物联网解决方案可提供比非集成的方法更多的洞察力和价值。

完全集成的系统可以在很多方面使用户受益。 例如,连接的系统允许所有数据被自动组合、分析和执行,以减少与手动、容易出错的过程的相关成本。 此外,可用数据的广泛性为用户提供了有关行业和社会趋势的战略洞察,从而有助于决策,实现ERP集成并提供预测分析。

为商业房地产行业创造价值

商业房地产运营商完全集成物联网解决方案的价值来自于如下:

市场差异: 较低的公用事业账单,没有租户问题(如通过预见性维护在问题发生之前解决),增加财产价值。

估值: 根据实际数据(业主方面,还有具体要求的租户)进行更为精确和细致的估值。

财务利益: 房地产估值实时数据,可以实现标准化的风险预测。

为什么LoRa是一个改变游戏规则的商业地产解决方案

LoRa连接解决方案的优势概括如下:

技术方面

低资产部署成本由于:

− 良好的室内穿透力: 一个网关可以覆盖整个物联网应用,包括建筑、地下停车场及周边的户外休闲区。无需如网状网络解决方案进行复杂的覆盖分析。

- 易于安装: 由于低功耗而无需电源线,相对于现有的解决方案如GSM、LTE和WiFi。

安全: 内建AES-128加密

全球标准: LoRaWAN™规范无缝连接且易扩展。

地理位置: LoRa是唯一商业可用的解决方案,具有免GPS服务,没有额外的功耗成本。

连接成本低: 工作在免费的ISM频段(如果使用外部服务提供商,那么连接费用非常低)

业务方面

现成可用: 可以商业化部署在私有和公共网络中。

无/非常低的配置成本: 成本与其他基于SIM的解决方案相比,LTE-M和NB-IoT。

开放的网络:

- 能够从多个竞争的网络服务提供商中选择(竞争推动价格随时间推移而降低,而不是如其他技术锁定在一个网络服务商)。



- 在建筑层面部署专用本地网络,可能通过管理的建筑池扩展覆盖范围,建设自己的网络或向其他运营商(例如与酒店连锁结成合作伙伴获得即时的广泛覆盖)提供或租用带宽。

利用部署的资产: 商业园区和工业区通常密集组群,酒店通常在附近。一个LoRa网关可能覆盖32多公里以内的许多建筑物,即使在密集的城市环境中也是如此。

不断增长的生态系统: LoRa Alliance™是一个开放的非营利性协会,有450多家公司致力于推动开放的、全球标准化的LoRaWAN协议,物联网应用安全的运营级LPWAN连接。到目前为止,在全球有超过50多个国家部署了公共和私有的LoRaWAN网络。

商业模式选择

除了硬件的销售之外,一个通用的、灵活的和模块化基于云的分析和服务的软件平台将会为每个人创造更多的价值。 当与硬件结合时,那么这种类型的平台能够免费部署到建筑物上(或作为租用服务的一部分),并为服务提供商保留所有权。 然后,服务提供商能够向业主和租户收取网络提供的增值服务费(用户预定设备模型)。 平台和相关服务可以轻松地根据业主和租户的特殊需求量身定制。

另一种方法是销售硬件,并将服务作为品牌服务或白色标签提供给建筑所有者,那么就会分享收入和自身平台品牌化。

结论

目前,通过新技术实施,现在可以实现物联网的新商业房地产商业模式:

通过传感器的连接、整合和互 *** 作实现数据汇集

使用先进的基于云的软件和分析进行数据分析

基于数据分析的实时服务

LoRa技术能够立即获得预期的投资回报。 它还提供更灵活的商业模式,可以随着时间的推移提高解决方案提供商的价值。

通过采用集成物联网解决方案的商业房地产,当客户在管理其商业地产投资组合时将具有很大的竞争优势。 这些集成解决方案不仅可以降低与维护建筑相关的维护和运营成本,还将有助于增加财产价值,改善客户服务,为未来几年的商业房地产业主和管理者提供新的收入来源。

当前,物联网(IoT)技术领域充释着各种标准,像NB-IoT、LoRa、SigFox等,他们正通过各自擅长的技术和应用抢夺IoT风口,以争取在这片广阔的市场上取得优势。
这里写描述
NB-IoT是由电信标准延伸而出的,主要是由电信运营商支持,而LoRa则是一个商业运用平台,两者主要区别在于商业运营的模式:NB-IoT基本是由电信运营商来把控运营,所以使用者必须使用它的网关及服务,而LoRa就量对开放一些,有各种不同的组合方式,商业的模式是完全不同的。
技术层面上来看,NB-IoT和LoRa的差异其实并不是很大,属于各有优劣。而相对于某些领域,国内有一些用户在并行使用这两种技术和网络。NB-IoT相对而言是受限于基站的,而LoRa则要加入一个网关相对简单容易,并且总的来说价格要比NB-IOT低廉。用户可以根据需求,增加不同的网关覆盖。所以从覆盖程度上来说LoRa的覆盖程度可能比NB-IoT更广一点。
LPWAN又称LPN,全称为LowPower Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络的优势在于低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。因为低功耗与低速率的特点,这种网络和其他用于商业,个人数据共享的无线网络(如WiFi,蓝牙等)有着明显的区别。
在广泛应用中,LPWAN可使用集中器组建为私有网络,也可利用网关连到公有网络上去。
LPWAN因为跟LoRaWAN名字类似,再加上最近的LoRaWAN在IoT领域引起的热潮,使得不少人对这两个概念有所混淆。事实上LoRaWAN仅仅是LPWAN的一种,还有几种类似的技术在与LoRaWAN进行竞争。
概括来讲,LPWAN具有如下特点:
• 双向通信,有应答
• 星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁)
• 低数据速率
• 低成本
• 非常长的电池使用时间
• 通信距离较远
LPWAN适合的应用:
• IoT,M2M
• 工业自动化
• 低功耗应用
• 电池供电的传感器
• 智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等
LoraWAN和Lora之间关系
虽然一样是因为名字类似,很多人会将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。
LoraWAN的主要竞争技术
这里写描述
如今市场上存在多个同样使用LoRa作为物理层的LPWAN技术,例如深圳艾森智能(AISenz Inc)的aiCast。aiCast支持单播、多播和组播,比LoRaWAN更加复杂完备。许多LoRaWAN下不可能的应用因此可以实现。
Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些较有前景的应用案例。
NB-IoT(Narrow Band-IoT)是电信业基于现有移动通信技术的IoT网络。其特点是使用现有的蜂窝通信硬件与频段。不管是电信商还是硬件商,对这项技术热情不减。
关键技术Lora简介
LoRaWAN的核心技术是LoRa。而LoRa是一种Semtech的私有调制技术(2012收购CycleoSAS公司得来)。所以为了便于不熟悉数字通信技术的人们理解,先介绍两个常见的调制技术FSK与OOK。选用这两个调制方式是因为:
1这两个是最简单、最基础、最常见的数字通信调制方式
2在Semtech的SX127x芯片上与LoRa同时被支持,尤其是FSK经常被用来与LoRa比较性能。
OOK
OOK全称为On-Off Keying。核心思想是用有载波表示一个二进制值(一般是1,也可能反向表示0),无载波表示另外一个二进制值(正向是0,反向是1)。
在0与1切换时也会插入一个比较短的空的无载波间隔,可以为多径延迟增加一点冗余以便接收端解调。OOK对于低功耗的无线应用很有优势,因为只用传输大约一半的载波,其余时间可以关掉载波以省功耗。缺点是抗噪音性能较差。
这里写描述
FSK
FSK全称为Frequency Shift Keying。LoRaWAN协议也在某些频段写明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用两种频率的载波分别表示1与0。只要两种频率相差足够大,接收端用简单的滤波器即可完成解调。
对于发送端,简单的做法就是做两个频率发生器,一个频率在Fmark,另一个频率在Fspace。用基带信号的1与0控制输出即可完成FSK调制。但这样的实现中,两个频率源的相位通常不同步,而导致0与1切换时产生不连续,最终对接收器来讲会产生额外的干扰。实际的FSK系统通常只使用一个频率源,在0与1切换时控制频率源发生偏移。
这里写描述
GFSK是基带信号进入调制前加一个高斯(Gaussian)窗口,使得频率的偏移更加平滑。目的是减少边带(Sideband)频率的功率,以降低对相邻频段的干扰。代价是增加了码间干扰。
对于这一方面的研究实验发现:学习Lora调制技术的一些准备及发现
然而,对于“悠久历史积累”和高安全、易部署等综合优势的LoRa阵营来说,最近几年里,在技术和落地方面虽取得了长足的进步,但离真正的规模、解决行业客户的切实问题是有着不小的差距。那么,究竟是技术壁垒突破较难?产业链生态不健全?亦或者是商业模式限制了从业者对市场规模的想象?对于LoRa产业链的广大从业者而言,找到制约LoRa技术大规模发展的瓶颈,并联手产业合力突围对推动产业良性发展至关重要。

1、工作频段与服务质量
对于工作频段而言,在远距离通讯中,对于LoRa来说,处于非授权频段进行工作,与其他行业的无线通讯网络相比较,在LoRa技术中融入了线性调频技术,充分确保了工作频段的低功耗性,在很大程度上,增加了通讯距离 。对于NB-IoT技术,主要是建立在蜂窝技术的基础之上,采用了1GHz之下的授权频段。
与NB-IoT相比,LoRa技术的抗干扰能力较强,且可实现多信道数据的并行处理,但无法提供与NB-IoT相同的服务质量,若想取得更高的服务质量,需要投入更多的资源。在NB-IoT技术之中,通过授权频段及同步协议,可为服务质量打下基础,而对于LoRa技术,其应用的场景不能对该技术有很高的服务质量要求。通过比较,NB-IoT更加可靠,可以为用户提供高质量服务,用户体验更佳,大部分运营商也更加青睐于NB-IoT。
2、网络覆盖范围与成本
在网络覆盖范围方面,NB-IoT覆盖面更大。在郊区,利用LoRa技术,传输距离只能达到15千米,而利用NB-IoT技术,传输距离可达35千米,超过前者的两倍。不过,在部署方面,LoRa要优于NB-IoT。对NB-IoT进行部署的时候,信号强度取决于4G/ITE的情况,比如NB-IoT无法部署在4G未覆盖的农村地区。在成本方面,虽然NB-IoT的服务质量比较好,但在频段授权方面,会花费很多的资金,在每个基站中,最少的投资资金也需要15000美金;对于LoRa技术,其服务质量不高,只能够适用于要求比较少的场景中,在部署成本方面,比NB-IoT会少很多。
2、网络覆盖范围与成本
在网络覆盖范围方面,NB-IoT覆盖面更大。在郊区,利用LoRa技术,传输距离只能达到15千米,而利用NB-IoT技术,传输距离可达35千米,超过前者的两倍。不过,在部署方面,LoRa要优于NB-IoT。对NB-IoT进行部署的时候,信号强度取决于4G/ITE的情况,比如NB-IoT无法部署在4G未覆盖的农村地区。在成本方面,虽然NB-IoT的服务质量比较好,但在频段授权方面,会花费很多的资金,在每个基站中,最少的投资资金也需要15000美金;对于LoRa技术,其服务质量不高,只能够适用于要求比较少的场景中,在部署成本方面,比NB-IoT会少很多。
3、电池寿命与频段利用率
对于IoTaWAN协议,能够按照实际的应用场景,对节点的通讯频率进行合理调整,有效降低了运行能耗,不管是蜂值电流,还是休眠电流均比较小,有效延长了电池的使用寿命。

1、频段、服务质量和成本。

LoRa工作在1Ghz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的,是需要收费的。

2、电池寿命。

关于电池寿命方面有两个重要的因素要考虑,节点的电流消耗以及协议内容。LoRa是一种异步的基于ALOHA的协议,也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠;而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网,这样就额外的消耗了电池的电量。

3、网络覆盖和部署时间表。

NB-IoT标准在2016年公布,除网络部署之外,相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。

4、设备成本。

对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且升级版还会接踵而至。

lora是一种无线调制的方式,如ZLG的ZM470SX系列模块就采用这种技术,对比传统调制技术,在抑制同频干扰方面优势比较明显,解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗扰和功耗的不足;另外lora模块集成了+20dBm的可调功率放大器,并可获得超过-148dBm的接收灵敏度,应用于远距离传输且对可靠性要求高的场合中


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