May . 2022
Das LoRaWAN-Gateway ist eine zentrale Hardwarekomponente in der LoRaWAN- IoT-Architektur, über die Daten von Geräten gesammelt und an einen Netzwerkserver weitergeleitet werden können. Man kann sagen, dass es kein LoRaWAN-IoT-Netzwerk ohne ein LoRaWAN-Gateway gibt.
(LoRaWAN IoT-Architektur)
Vom Aufbau her besteht ein LoRaWAN-Gateway im Wesentlichen aus zwei Komponenten: dem Host und dem Konzentrator.
Die erste Komponente, Host genannt, ist das Gehirn des LoRaWAN-Gateways. Es handelt sich eigentlich um einen Mikrocomputer, der für die Steuerung des Konzentrators verantwortlich ist, um die Funktion des drahtlosen Transceivers zu realisieren und die Datenpakete an den Netzwerkserver weiterzuleiten. Die im Host ausgeführte Schlüsselsoftware heißt Paketweiterleitung und entscheidet, welcher Webserver die vom LoRaWAN -Gateway gesammelten Pakete akzeptiert.
Die zweite Komponente ist der Konzentrator. Es ist der RF-Teil (Radiofrequenz) des LoRaWAN-Gateways und verfügt im Front-End-Teil über einen RF-Chip, der gleichzeitig Daten empfangen kann. Auf dem Konzentrator befindet sich ein digitaler Basisbandchip, der eine digitale Signalverarbeitung des HF-Signals durchführt, um es für den Host aussagekräftig zu machen. Der Host und der Konzentrator des LoRaWAN-Gateways kommunizieren seriell auf Platinenebene.
Zusätzlich zum Konzentrator und Host benötigt jedes LoRaWAN-Gateway eine sehr wichtige Sache: das Gehäuse. Die Shell schützt das Gateway vor umgebenden Umgebungsvariablen. Das Gehäuse variiert je nach der vorgesehenen Einsatzumgebung, z. B. verwendet ein Indoor-Gateway ein kompaktes Gehäuse. Outdoor-Gateways hingegen verwenden robustere, langlebigere und wasserdichtere Gehäuse.
(NiceRF LoRaWAN Gateway)
Wie andere Gateways müssen auch LoRaWAN-Gateways mit einer bestimmten Betriebsfrequenz arbeiten. Bei der Bereitstellung von Gateways in bestimmten Ländern müssen die regionalen Parameter der LoRa Alliance befolgt werden. Allerdings gibt es keine universelle Frequenz und jedes Land hat unterschiedliche Gesetze bezüglich der Nutzung nicht lizenzierter MHz-Bänder. Das LoRaWAN-Frequenzband in China ist beispielsweise CN470 (470–510 MHz), während es in Europa und den Vereinigten Staaten EU868 (863–870 MHz) bzw. US915 (902–928 MHz) ist. Jedes Land hat seinen spezifischen Kanal. Einzelheiten finden Sie in der regionalen Parameterdatei der LoRa Alliance.
Übrigens müssen LoRaWAN-Gateways und -Geräte denselben Frequenzplan verwenden, um zu funktionieren. Wenn das LoRaWAN-Gerät einen anderen Frequenzplan als das LoRaWAN-Gateway verwendet, ist das Gerät für das Gateway nicht sichtbar. In diesem Fall hat das LoRaWAN -Gateway keine Möglichkeit, die Gerätedaten an den Netzwerkserver weiterzuleiten.
(Blockdiagramm zum Betrieb des LoRaWAN-Gateways)
Abhängig von den Anforderungen und Einschränkungen der IoT-Anwendung können LoRaWAN-Gateways online oder offline eingesetzt werden. Für ein Online-Gateway muss es über ein Backhaul-Netzwerk verfügen, um eine Verbindung zum Internet herzustellen, und sein Kommunikations-Backhaul kann WLAN, Ethernet, Mobilfunk usw. sein. Die online verbundenen Gateways verwenden hauptsächlich LoRaWAN-Netzwerkserver, die in der Cloud bereitgestellt werden. Zu diesen Servern gehören hauptsächlich Der Things Stack, die Tencent Cloud IoT-Plattform und AWS IoT Core für LoRaWAN usw. Wenn das LoRaWAN-Gateway offline bereitgestellt wird, kann es den integrierten Webserver des LoRaWAN-Gateways selbst nutzen oder eine Verbindung zu einem lokal bereitgestellten Webserver herstellen PC oder Server. Einer seiner Mainstream-Webserver für lokale Netzwerke ist Chirpstack. In diesem Fall muss sich das Gateway unabhängig davon, ob es online oder offline ist, beim LoRaWAN- Webserver registrieren und dann die Paketweiterleitung entsprechend einstellen.
Das LoRaWAN-Gateway sieht kompliziert aus, ist aber tatsächlich nur ein „Mittler“ zwischen dem Gerät und dem Netzwerkserver. Seine erste Aufgabe besteht darin, Pakete zu empfangen, indem er den entsprechenden Frequenzplan wählt, der natürlich den Anforderungen der Geräte in der Region entspricht, in der er eingesetzt wird. Die zweite Aufgabe besteht darin, die Daten korrekt an den Webserver weiterzuleiten, wobei das LoRaWAN-Gateway beim Paketweiterleiter registriert wird. Wenn diese vollständig konfiguriert sind, ist es möglich, im Handumdrehen ein funktionierendes LoRaWAN-Gateway zu haben.
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