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。

众所周知。国内的通讯巨头有中国移动,中国联通,中国电信。在通讯基站建设制造这方面有华为,中兴等 科技 公司。国内的互联网 科技 公司有,阿里巴巴,腾讯,百度,美团,京东等。

这些公司中具体有哪些搭建了物联网平台?他们搭建的物联网平台又是怎么样的?
首先我们来了解一下什么是物联网平台,物联网平台全称物联网管理系统平台。即IOT管理系统平台, 那么,什么是IoT管理系统平台呢?
要了解什么是物联网平台,首先您需要了解一个完整的IoT系统的组件。

那么“物联网系统如何工作”。

完整的IoT系统需要硬件,如传感器或设备。 这些传感器和设备从环境(例如水分传感器)收集数据或在环境中执行动作(例如浇水作物)。

完整的IoT系统需要连接。 硬件需要一种将所有数据传输到云端的方法(例如发送湿度数据)或需要一种从云接收命令的方法(例如,现在对作物播种)。对于一些IoT系统,可以在硬件和连接到云之间的中间步骤,例如网关或路由器。

完整的IoT系统需要软件。 该软件托管在云端(什么是云端),并且负责分析从传感器收集的数据并作出决定(例如,从湿度数据知道刚刚下雨,然后告诉灌溉系统今天不打开) 。

最后,完整的IoT系统需要用户界面。 为了使所有这些都有用,需要一种方式让用户与IoT系统进行交互(例如,具有显示湿度趋势的仪表板的Web应用程序,并允许用户手动打开或关闭灌溉系统)。

IoT平台是连接IoT系统中的所有内容的支持软件。IoT平台有助于通信,数据流,设备管理和应用功能。

IoT平台存在于第3部分中,通常是上述内容的第4部分。随着所有不同种类的硬件和不同的连接选项,需要一种使所有工作在一起的方式,这就是IoT平台所做的工作。

IoT管理系统平台帮助:连接硬件,处理不同的通讯协议,为设备和用户提供安全和身份验证和收集,可视化和分析数据与其他Web服务集成。您的业务何时应用物联网管理系统平台

由于IoT是一个系统系统,因此在所有相关领域拥有专长的组织很少见。存在物联网平台,可帮助企业克服技术挑战,而无需将其全部归咎于内部。

物联网作为未来发展重要方向,承载了世界梦想,面对新一轮信息 科技 机遇,越来越多的企业也在加大部署或者 探索 物联网,以此驱动产业转型升级,各界积极入局跑马圈地,以此抢夺时代制高点。

谷歌希望安卓 *** 作系统能能广泛应用在各种智能设备当中去,发布了Android Things物联网系统,同时,谷歌希望把强大AI能力扩展到各种物联网智能设备上,至此在今年面向智能终端首款AI芯片Edge TPU,核心用于边缘计算,让本地就具有AI处理能力。

美国另一 科技 巨头微软,希望win10无处不在,推出Win 10 IoT为全球各行各业智能设备提供服务,帮助他们迈向物联网时代。另外,Win10 IoT可以在边缘做更多工作,包括机器学习、事件处理、图像识别和人工智能,并与Azure物联网再到边缘无缝集成为Win 10 IoT设备带来了云智能和安全分析。与此同时,微软也将投入50亿美元支持物联网创新。

亚马逊则在多年前就发布了AWS IoT平台,以此抢占物联网应用市场,例如帮助工业企业提高运营效率,使用AWS IOT构建的机器学习模型可以在云中或直接在工业设备上运行,从而设备可以响应本地事件并采取智能动作。

物联网连接规模呈现高速增长态势,以LoRa和NB-IoT等低功耗广域网LPWAN通信技术发展迅猛,连接复合年增长率为109%,在城市井盖、水、电、燃气表等得到了大量应用。

随着5G通信技术的发展,万物互联得以实现,在国内,BAT以及华为等厂商战略纷纷向物联网转变,华为以大连接谋划,去撬开这个千亿级连接市场。

百度以ABC+IoT+智能边缘促进物联网在各垂直领域展开大规模应用,并赋能各行各业,促进物联网时代到来。

腾讯在今年迎来重大战略转型,被视为变革开启之年,新成立云与智慧产业事业群是腾讯战略大调整核心部门,寄托未来变革命运,拥抱产业互联网,助力产业与消费者形成更具开放性的新型连接生态。

中国移动:成立物联网公司、车联网公司,搭建物联网专网、提供专号、建设物联网设备接入管理平台和物联网应用开发平台,大力推动物联网业务展。
可以说基本上在国内有名的公司全部入局了物联网平台建设。物联网的发展,已经上升到国家战略的高度,必将有大大小小的 科技 企业受益于国家政策扶持,进入 科技 产业化的过程中。

从行业的角度来看,物联网主要涉及的行业包括电子、软件和通信,通过电子产品标识感知识别相关信息,通过通信设备和服务传导传输信息,最后通过计算机处理存储信息。

而这些产业链的任何环节都会开成相应的市场,加总在一起的市场规模就相当大,可以说,物联网产业链的细化将带来市场进一步细分,造就一个庞大的物联网产业市场。为人类的生产和生活方式带来全面的改变。

自己在电信上班,这个问题很不错。就现在成都电信物联网建设来说,已经很完善了。

刚看了下技术介绍,目前布局的就几大家公司,应该属于战略布局,目前都属于观望阶段。
我个人对其技术特点从应用场景的角度分析对其未来发展不是太看好,由于个人眼界有限,不当之处还请高人指正。
下面解释原因:
1:新型扩频技术,改善接收灵敏度(15公里,10mA接收电流,睡眠电流<200mA),从替代Wi-Fi或3/4G的角度来说,其技术本身对个体流量带宽的承载太小,做近场通讯控制民用市场绝对是BLE的天下,工业那块有倒是有使用的可能,毕竟不需要授权,而且工业环境对距离的要求确实比民用的要求高。
2:定位机遇信号的空中传输时间而非RSSI(接收信号强度指标),精度5m@10公里范围。大范围的定位指示依靠GPS能满足要求,小范围定位iBeacon不会比它差,如果两边都不能讨好的话那使用它有什么益处?
3:最关键的是其他技术在手机中都有成熟的应用,如果想让这项新技术高速发展必须进入民用市场,这中间的难度系数有多大?需要整合的资源有多少?在有Wi-Fi,3/4G,蓝牙的情况下,增加这项技术到手机终端的可能性有多大?
4:家庭智能设备如果要选择这项技术的话没有看出其比zigbee、蓝牙、Wi-Fi作为接入接口的优势,想吞噬已有的市场份额没有强大的动力(技术或成本优势)基本很难做到。
5:其他无限技术都是有诸多应用,坑也早被人趟过了,新技术带来的新坑有多少厂商愿意去趟呢?
目前来看我所能想象的到的方向基本都在工业应用了。

在这之前,我们通过《从陌生到认识——LoRa技术》知道了LoRa,在这之后,我们或许可以将LoRa技术落地应用。

首先,什么是LoRa网关? 网关功能和大小都和WIFI路由器差不多,它用来接收节点(终端)发射的数据,然后通过互联网把数据转送到LoRa应用服务器。

常用的LoRa网关芯片有:

以 Dragino 网关为例,Dragino LG08 网关使用了一个网关芯片(SX1301),两个射频前端芯片(SX1257),可以同时监听8路+1路LoRa信号,接收灵敏度为 -140dBm,支持LoRaWAN协议标准。

大部分网关的设计都可以同时接收8 路不同射频频率的信号

因为,LoRa网关有8个LoRa信号接收信道,这信道好比马路上的车道,如果马路有八条车道,即可以同时实现八辆车并排通行,如果要求每一种类型的车仅能行驶在固定的车道,那么,八车道的马路同时并排的八辆车必须是不同类型的,LoRa网关也如是,它只能同时接八种不同类的信号(频率和SF不同),如果同一时间有大量节点发射数据,网关的信道被占满后,会放弃其他多余的信号。

LoRa信道冲突是很常见的,所以节点发射信号要有协议规定,例如信号占空比,每个节点每次发射信号占用的时间不能超过规定的时间,否则视为不遵守规则。 网关可以通过硬件设计方式,例如添加节点芯片,实现LBT——listen-before-talk,LBT的作用是监控信道是否被占用,在某些国家(日、韩)是强制要求网关实现这个功能的,因为这些国家面积小,人口又比较多,通信频道容易拥塞,使用LBT能提高信道效率。

网关容量的计算比较复杂,如果终端按每3分钟发射一次数据,数据长度为50B去估算,网关接纳终端的数量是900个左右。

具体要计算网关接纳终端的容量,受很多因素制约,其中至关重要的是通道多址接入控制协议,多址接入协议分类有:
1固定多址接入,典型的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。
2随机多址接入,靠随机数控制,典型的协议有ALOHA, CSMA。
3基于预约的多址接入,数据发射前先进行通道预约,原理和日常预约挂号差不多。

LoRaWAN一般有8路信道,每路信道是相互独立的,我们只要分析其中一路信道,计算其容量,再乘以8就可以计算出网关的容量。
以Dragino LG08网关的其中一个信道为例进行分析,首先,需要统计网关覆盖区域内的所有终端节点的发包长度、ADR后的扩频因子、发包频率这些参数。通过LoRa计算工具(计算公式)计算出LoRaWAN模式下不同扩频因子对应的传输速率,并计算出每个终端节点的每个包的飞行时间,然后进行加权平均和数据处理。

处理方法如下:

很明显LoRa的网关容量是足够大的,物联网节点设备每天的发包率大多数都很低,一个Dragino LG08网关每天可以支持几十万(粗略估算 )条上行数据,计算公式: 。

如果考虑下行数据,上行的数据包总量会有所减少,大概会减少 20%~50%的上行数据容量。

如果使用Dragino的新款网关LIG16(SX1302方案),上述数据容量会明显增大,1302的信道的吞吐量要比1301大 倍。

基本上,LoRaWAN网络的信道容量是足够的,网关布置的关键是要考虑信号的覆盖问题。

LoRa节点芯片亦发展到了第二代,第一代为SX127X系列,第二代为SX126X系列,新产品性能必须要比旧产品性能好,SX126X对比旧版的优势有:

可以通过使用温补晶体或电路开槽的方案解决。

空中飞行时间可以通过公式计算得到:

是单个码元的时间, 是数据包码元总数。

数据包长度值最小是1B,最大长度需要满足国家地区无线电规范。 需要注意的是,每增加1B长度的数据,其空中飞行时间不会连续增加,而是增加一定字节的数据后一次性增加时间。

这是因为数据发射前要经过LoRa芯片的交织编码处理,而交织编码器有一定的容余空间。

例如在 SF = 7 的配置下,交织器的容量是 ,其中有 是有效载荷, 发送1B~3B的数据都是用5个码元,发送4B数据时,就要10个码元数,而10个码元可以容纳56b(7B)有效载荷。

LoRa通过无线电波传输,无线电波从发射天线发出,沿不同途径和方式到达接收天线,传输到达的距离远近和电波的频率、极化方式、传播的路径等有关。

电波的理想路径是在真空传输,没有阻挡,舒舒服服。
在实际的应用环境中存在各种障碍物,使电波的传播产生反射、绕射和衍射等非理想传输方式,造成距离计算的多样性和复杂性。

无线电波极限距离可以用公式表达为:

弗里斯传输方程是讨论,在自由空间的一个射频发射和接收系统中,发射功率、接收功率与天线增益、传输距离之间的关系。

当发射天线与接收天线的方向系数 都为1时,设发射天线辐射功率 与接收天线的最佳接收功率 的比值为 , 得公式:

D=1时,无方向性发射天线的功率密度:

D=1时,无方向性接收天线的接收面积:

该天线的接收功率为:

于是自由空间传播损耗为:

当电波频率提高一倍或距离增加一倍时,自由空间传播损耗分别增加6dB 。
如果考虑天线增益影响,发射天线增益系数为 , 接收天线为 ,可以导出公式:

这就是弗里斯传输公式 ,它还有很多变形,利用公式可计算收发设备间的最远工作距离 。
电磁波传播过程中存在额外衰减,定义为衰减因子:

相应的衰减损耗为:

A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗:

在路径传输损耗 为客观存在的前提下,降低链路传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增益系数。

链路预算用来估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最远距离。

一个系统中链路预算等于其发射机的最大输出功率与接收机最高灵敏度的差值,用dB表示。当系统的链路预算大于路径损耗时,可以实现通信。

接收信号强度(RSSI)常用 表示, 用来判断链接质量,其表达式为:

理论上两颗简单的SX1262芯片就可以实现地球和月球之间的无线通信。

实际应用可以通过增大发射功率或者改善天线架设环境等措施去增加无线传输距离。

LoRa技术的性能大体讨论到这里,更高深的知识还待去学习更新。


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