Lora. LoRaWAN là gì ? Ứng dụng của mạng Lora, LoRaWAN trong IoT

Chắc hẳn, thuật ngữ LoRa đã được các bạn nghe nhiều trong các ứng dụng liên quan IoT, Smart City,…Hôm nay, MC&TT và các bạn sẽ cùng tìm hiểu khái niệm cơ bản về LoRa nhé !

Lora là gì ?

Công nghệ Lora – một giao thức mới được thiết kế cho Internet vạn vật

Công nghệ LoRa , được phát triển bởi Semtech , là một giao thức không dây mới được thiết kế để truyền thông tầm xa, năng lượng thấp. Giao thức cung cấp loại khả năng liên lạc mà các thiết bị thông minh cần có, và Liên minh LoRa đang hoạt động để đảm bảo khả năng tương tác giữa nhiều mạng trên toàn quốc.

Một phần của phổ LoRa sử dụng thể hiện ít nhiễu điện từ, do đó tín hiệu có thể kéo dài một khoảng cách xa, thậm chí đi qua các tòa nhà, với rất ít năng lượng. Điều này phù hợp với các thiết bị IoT với dung lượng pin hạn chế. Điều đó cũng có nghĩa là các tinh thể chi phí thấp hơn có thể được sử dụng, do đó, việc xây dựng LoRa thành các thiết bị rẻ hơn.

Mỗi gateway LoRa có thể xử lý hàng triệu node. Điều đó, cộng với thực tế là các tín hiệu có thể kéo dài khoảng cách đáng kể, có nghĩa là cần ít cơ sở hạ tầng mạng hơn, do đó làm cho việc xây dựng mạng LoRa rẻ hơn. Các mạng LoRa có thể được đặt cùng với các thiết bị liên lạc khác, như các tháp điện thoại di động, làm giảm đáng kể các hạn chế xây dựng.

Các tính năng khác của LoRa cũng khiến nó trở nên lý tưởng cho IoT. LoRa sử dụng thuật toán tốc độ dữ liệu thích ứng để giúp tối đa hóa tuổi thọ pin và dung lượng mạng của thiết bị. Các giao thức của nó bao gồm nhiều lớp mã hóa, ở cấp độ mạng, ứng dụng và thiết bị, cho phép liên lạc an toàn. Tính hai chiều của giao thức hỗ trợ các thông điệp quảng bá, cho phép chức năng cập nhật phần mềm.

Công nghệ LoRa loại bỏ các giới hạn của IoT

Sự phát triển của Internet of Things bị giới hạn bởi dung lượng của mạng, bởi khả năng hoạt động của thiết bị mà không cần thay pin và bởi khả năng mã hóa truyền dẫn bí mật. Các tính năng được tích hợp trong LoRa cung cấp tất cả các khả năng này và sẽ cho phép sự phát triển rộng rãi của IoT.

Với công nghệ Lora , chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu. Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor network trong đó các sensor node có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xa hàng km và có thể hoạt động với battery trong thời gian dài trước khi cần thay pin.

Bảng so sánh Lora cùng các công nghệ khác

Vì sao cần phải sử dụng công nghệ Lora ?

Hiện nay, mọi người rất hào hứng với tất cả các khả năng do các cảm biến và thiết bị mới mang lại cho khối lượng dữ liệu hữu ích. Nhưng chuyện gì sẽ xảy ra nếu những cảm biến này dừng đột ngột việc phát dữ liệu do hết pin ? Pin sẽ cần phải được thay đổi cứ sau vài ngày hoặc vài tuần? Và 1 mạng sẽ xử lý lưu lượng dữ liệu lớn như thế nào?

Rõ ràng, một trong những thách thức chính trong việc xây dựng Internet vạn vật là đảm bảo rằng tất cả những thứ đó trên thực tế có thể giao tiếp qua Internet. Số lượng thiết bị IoT là số lượng lớn 25 tỷ thiết bị vào năm 2020, theo một ước tính, và bất kỳ mạng nào hỗ trợ giao tiếp đó phải mở rộng để xử lý lưu lượng. Vì vậy, có những vấn đề đối với mạng và cũng có vấn đề với chính các thiết bị IoT: chúng chạy bằng nguồn pin, có sóng yếu và có bộ nhớ và khả năng xử lý hạn chế.

Các thiết bị IoT ngày nay chọn từ một số công nghệ để hỗ trợ liên lạc của họ, nhưng không có thiết bị nào là lý tưởng. Wi-Fi có ở khắp mọi nơi, nhưng nó sử dụng nhiều năng lượng và truyền nhiều dữ liệu. Đây không phải là một kết hợp hoàn hảo cho các thiết bị IoT không có năng lượng dự phòng và thường gửi dữ liệu hạn chế với số lượng nhỏ. Và cũng có những hạn chế về số lượng thiết bị mà một bộ định tuyến Wi-Fi có thể xử lý và chúng có thể hết dung lượng khi số lượng thiết bị IoT trong nhà tăng lên.

Công nghệ Bluetooth cho phép các thiết bị giao tiếp, nhưng chỉ trong một phạm vi hạn chế về không gian. Cũng giống như Wi-Fi, nó cũng có thể cần nhiều năng lượng để vận hành. ZigBee có công suất thấp và truyền qua khoảng cách xa hơn nhưng tốc độ dữ liệu lại thấp, nhưng không phải tất cả các dự án triển khai ZigBee đều tương thích.

Công nghệ Lora – một giao thức mới được thiết kế cho Internet vạn vật

Ứng dụng của Lora là gì ?

Ứng dụng của Lora trong Thành phố Thông Minh (Smart City)

Thành phố thông minh bao gồm nhiều khu vực như vậy. Quản lý giao thông và chất thải thông minh, theo dõi tiêu thụ năng lượng, đo lường môi trường, giám sát đỗ xe và chiếu sáng, hệ thống phát hiện và báo động cháy – tất cả đều là những trụ cột của khái niệm thành phố thông minh .

Khi nói đến các thành phố kỹ thuật số, thành phố Thông Minh chỉ riêng kết nối LTE hoặc WiFi là không đủ. Trên thực tế, có một vấn đề gia tăng trong phổ dữ liệu hạn chế mà thế giới ngày nay có khi các khu vực đô thị trở nên đông dân cư. Sự căng thẳng ngày càng tăng đối với các mạng và tín hiệu mạng khó khăn trong việc thâm nhập các cấu trúc kín và các khu vực ngầm là một trở ngại lớn trong việc phát triển các thành phố được kết nối.

Ngoài ra, để các cảm biến được triển khai ồ ạt hoạt động, mạng mà chúng nên chạy phải có độ tin cậy, an toàn và bền vững trong thời gian dài. Thật không may, điều này có thể có nghĩa là phải đối mặt với chi phí cực kỳ cao. Tuy nhiên, nơi nào có vấn đề, sẽ luôn có giải pháp. Nhờ kết nối LoRaWAN, các thành phố hiện có thể giải quyết những thách thức này.

Khi các thiết bị thông minh của các thành phố hoạt động trên LoRaWAN, kết nối là đáng tin cậy và đòi hỏi chi phí đầu tư thấp. Kiểu kết nối này lý tưởng cho các cơ sở không liên quan đến các gói dữ liệu lớn, như đồng hồ nước và điện và giao thông công cộng.

Điều thú vị hơn nữa là khả năng xâm nhập vào những nơi có mật độ dày đặc, chẳng hạn như các tòa nhà bê tông và các khu vực dưới lòng đất. Đây là điều mà hầu hết các kết nối dữ liệu di động không thể làm một mình (và nếu có thể, nó có thể thực sự tốn kém).

LoRaWAN lý tưởng cho các thành phố vì đây là một nền tảng dựa trên tiêu chuẩn mở, ngang, không yêu cầu thực hiện riêng lẻ nhiều công nghệ độc quyền. Điều này có nghĩa là nó có thể đáp ứng tất cả các loại case studydọc, cho dù đó là nước, năng lượng hoặc chiếu sáng đường phố, mà không cần phải triển khai nhiều cơ sở hạ tầng dành riêng cho từng trường hợp. Do đó, các thành phố không phải đầu tư vào các cơ sở hạ tầng dựa trên silo khác nhau để đạt được tiết kiệm đáng kể chi phí và cung cấp dịch vụ hiệu quả cùng một lúc.

Nhiều năm trôi qua, nhiều thành phố đang chuyển sang các giải pháp dựa trên LoRaWAN hoặc là một lớp ban đầu cho các dự án chuyển đổi số của họ hoặc để bổ sung cho kết nối internet hiện có của họ.

Ứng dụng của Lora trong Toà nhà Thông Minh (Smart Building)

Tự động hóa trong tòa nhà bao gồm tất cả các hệ thống quan trọng của tòa nhà như chiếu sáng, kiểm soát khí hậu, báo cháy, an ninh, v.v. Chúng ta đã biết rằng LoRa cho phép các cảm biến hoạt động trong nhiều năm mà không cần nguồn điện liên tục. Điều này đặc biệt thuận tiện cho các địa điểm khó tiếp cận. Thay vì tập trung vào bảo trì thường xuyên các cảm biến đắt tiền, doanh nghiệp có thể thiết lập cơ sở hạ tầng và tập trung nỗ lực và đầu tư vào các nhiệm vụ quan trọng trong kinh doanh. LoRa không yêu cầu kỹ thuật viên có tay nghề cao để cài đặt hoặc bảo trì.

LoRa cung cấp cho chủ sở hữu tòa nhà và doanh nghiệp khả năng giảm chi phí hoạt động. Giảm chi phí năng lượng, tăng sự hài lòng của người thuê và nâng cao giá trị tài sản giúp doanh nghiệp và chủ sở hữu tòa nhà tạo ra nguồn doanh thu mới.

Quản lý năng lượng . LoRaWAN tập hợp tất cả các hệ thống liên quan đến năng lượng để quản lý tòa nhà thông minh: chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, an toàn cháy nổ. Giao thức truyền thông LoRaWAN kết nối chúng một cách hiệu quả để giúp kiểm soát và giảm mức tiêu thụ điện năng.

Phát hiện rò rỉ nước . Trong các tòa nhà thông minh, LoRaWAN là một phần không thể thiếu trong cơ sở hạ tầng cấp nước thông minh. Trao quyền cho các cảm biến, cổng và đồng hồ nước, hệ thống LoRaWAN có thể giảm đáng kể chi phí vận hành liên quan đến rò rỉ nước và ngăn ngừa thiệt hại nghiêm trọng cho các tòa nhà.

An ninh tòa nhà thông minh . Văn phòng, nhà máy, tổ chức hành chính và tất cả các dạng tòa nhà thông minh khác cần được bảo vệ chống cháy, thiên tai và lối vào trái phép. Sử dụng LoRaWAN, cửa sổ, cửa ra vào, chuông báo cháy, cảm biến phát hiện chuyển động và các nút khẩn cấp có thể được tổ chức thành một hệ thống báo động an toàn.

Kiểm tra an toàn tòa nhà . Ngay cả ở những vùng xa xôi, các tòa nhà có thể được trang bị nhiều cảm biến dựa trên LoRa trên tường, mái nhà hoặc móng. Bằng cách này, chủ sở hữu tòa nhà hoặc thanh tra viên có thể kiểm soát biến dạng, nhiệt độ, độ ẩm và các thông số hóa học, cơ học và vật lý khác của tòa nhà.

Tối ưu hóa không gian làm việc . Dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị hỗ trợ LoRa giúp tối ưu hóa mặt bằng văn phòng. Môi trường văn phòng có thể được định hình lại theo giao thông chân, định vị địa lý và không gian thời gian thực. Điều này giúp nâng cao sự hài lòng của nhân viên đồng thời cải thiện sự an toàn của khu vực làm việc và sử dụng hợp lý các nguồn lực văn phòng.

Ví dụ ứng dụng Lora để phát hiện và báo cháy trong toà nhà

Ứng dụng của Lora trong nông nghiệp Thông Minh (Smart Agriculture)

Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc, thế giới sẽ cần sản xuất thêm 70% lương thực vào năm 2050 so với năm 2006 để nuôi sống dân số toàn cầu ngày càng tăng. Các doanh nghiệp nông nghiệp đã và đang chuyển sang Internet of Things (IoT) để phân tích và khả năng sản xuất lớn hơn khi nhu cầu sản xuất và vận hành tiếp tục tăng.

Nông dân và chủ trang trại không còn có thể dựa vào tín hiệu thị giác hoặc các chỉ số thụ động và lịch sử khác để quản lý doanh nghiệp của họ. Thay vào đó, họ phải tạo ra các hoạt động hiệu quả hơn để thu thập thông tin thường xuyên trong lĩnh vực này, nhanh chóng tổng hợp dữ liệu và đưa ra quyết định kinh doanh thông minh để gặt hái những lợi ích của việc chăn nuôi chính xác và giám sát chăn nuôi theo thời gian thực.

Ứng dụng IoT được thiết lập để đẩy tương lai của kinh doanh nông nghiệp lên một tầm cao mới. Ở một số quốc gia, nông nghiệp thông minh đang trở nên phổ biến hơn, nhưng để đẩy nhanh việc áp dụng công nghệ IoT trên toàn thế giới, nông dân và người chăn nuôi cần các cảm biến năng lượng thấp, chi phí thấp.

Các thiết bị SemTech từ LoRa® và Công nghệ RF không dây (Công nghệ LoRa) và giao thức mở LoRaWAN là lý tưởng cho các cảm biến chỉ cần cập nhật thông tin một vài lần mỗi giờ vì các điều kiện không thay đổi hoàn toàn. Ngoài ra, do nhiều trang trại và trang trại ở khu vực nông thôn và không có quyền truy cập vào phạm vi phủ sóng di động hoặc được cấp phép, họ cần một cơ sở hạ tầng mạng dễ dàng để cài đặt các ứng dụng IoT của họ.

Bằng cách tận dụng Công nghệ LoRa và giao thức mở LoRaWAN, các doanh nghiệp nông nghiệp có thể theo dõi kỹ thuật số, quản lý và phân tích mọi khía cạnh của doanh nghiệp của họ, cải thiện hoạt động chung và lợi tức đầu tư (ROI). Từ theo dõi sức khỏe gia súc, theo dõi chăn nuôi bò đến tăng năng suất cây trồng, LoRa Technology cung cấp một nền tảng vững chắc cho tương lai của nông nghiệp thông minh vì nó dễ triển khai và giúp nông dân và người chăn nuôi phát triển kinh doanh.

LỢI ÍCH CHÍNH CỦA CÔNG NGHỆ LoRa CHO NÔNG NGHIỆP THÔNG MINH:

Định vị địa lý: Công nghệ LoRa sử dụng công nghệ định vị địa lý không có GPS mà không cần nguồn điện bổ sung.
Chi phí kết nối thấp: Công nghệ LoRa hoạt động trong dải ISM không được cấp phép, có nghĩa là không có hoặc phổ rất thấp (có thể có phí kết nối rất thấp nếu sử dụng nhà cung cấp dịch vụ bên ngoài).
Tiêu chuẩn mở: Đặc tả mở LoRaWAN được LoRa AllianceTM hỗ trợ và duy trì cho phép khả năng mở rộng liền mạch và dễ dàng.
Có sẵn : Mạng công cộng và tư nhân đã sẵn sàng để triển khai và triển khai rộng rãi.
Tận dụng các tài sản được triển khai: Tín hiệu mạnh mẽ của LoRa Technology có thể thâm nhập vào phạm vi phủ sóng rộng ngay cả trong vùng nông thôn.
Hệ sinh thái đang phát triển: LoRa AllianceTM đang phát triển nhanh hiện bao gồm hơn 500 công ty đang tạo ra các giải pháp sử dụng đặc tả mở LoRaWAN. LoRa AllianceTM bao gồm các công ty lớn trong ngành và nhiều nhà khởi nghiệp và nhà khai thác mạng khác. Kết hợp lại, hệ sinh thái này cung cấp nhiều nguồn cung cấp từ IC truyền thông đến mạng cho các nền tảng ứng dụng dựa trên máy chủ. Liên minh LoRa cũng chứng nhận các cảm biến và các thiết bị khác cho khả năng tương tác.
Bảo mật: Mã hóa AES-128 được xây dựng để cho phép truyền dữ liệu an toàn ở khu vực nông thôn.

Phạm vi và mức tiêu thụ năng lượng của mạng LoRa

Kiến trúc mạng hình ngôi sao của LoRa sử dụng các dải tần số khu vực khác nhau trong băng tần ISM và băng tần SRD. Ở châu Âu, chúng bao gồm dải tần từ 433,05 MHz đến 434,79 MHz và dải tần từ 863 MHz đến 870 MHz.

Tuy nhiên, ở Bắc Mỹ, dải tần từ 902 MHz đến 928 MHz được chấp thuận để truyền dữ liệu. Các cảm biến có thể hoạt động trong nhiều năm mà không phải thay pin.

LoRa cũng cung cấp một phạm vi ấn tượng. Ở những khu vực dân cư thưa thớt, có thể bắc cầu tới 55 km giữa máy phát và máy thu. Trong thành phố, phạm vi được các tòa nhà giảm xuống vài km, nhưng nhờ sự thâm nhập tốt, các cảm biến ngầm cũng có thể đạt được.

Nguyên lý hoạt động của LoRa

LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum. Có thể hiểu nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi.

Theo Semtech công bố thì nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ liệu; hơn nữa LoRa không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu Lora có thể được nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cả nhiễu môi trường xung quanh.

Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khác nhau trên thế giới:

430MHz cho châu Á
780MHz cho Trung Quốc
433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu
915MHz cho USA

LoraWan là gì ?

LoRaWAN là giao thức mạng năng lượng thấp, diện rộng (LPWA) được phát triển bởi Liên minh LoRa, kết nối không dây ‘hoạt động’ với internet trong các mạng khu vực, quốc gia hoặc toàn cầu, nhắm mục tiêu các yêu cầu chính của Internet of Things (IoT) như bi thông tin liên lạc hai chiều, dịch vụ bảo mật đầu cuối, di động và nội địa hóa.

LoRaWAN sử dụng phổ không được cấp phép trong các dải ISM để xác định giao thức truyền thông và kiến trúc hệ thống cho mạng trong khi lớp vật lý LoRa tạo ra các liên kết giao tiếp tầm xa giữa các cảm biến từ xa và các cổng kết nối với mạng. Giao thức này giúp thiết lập nhanh chóng các mạng IoT công cộng hoặc riêng tư ở bất cứ đâu bằng phần cứng và phần mềm.

LoRa là lớp vật lý tức là chip và LoRaWAN là lớp MAC tức là phần mềm được đặt trên chip để cho phép kết nối mạng.

Các tính năng chính của hệ thống LoRaWAN

Tầm xa (>5 km ở khu vực đô thị, >10 km ở khu vực ngoại ô, >80 km ở đường ngầm)
Tuổi thọ pin dài (>10 năm)
Chi phí thấp (<5 USD/module)
Tốc độ dữ liệu thấp (0,3 bps – 50 kbps, thường khoảng ~ 10 kB/ngày)
Hỗ trợ bản địa hóa
Truyền Hai chiều
Đảm bảo ổn định
Hoạt động không cần license

Sự khác biệt giữa LoRa và LoRaWAN là gì ?

Cả hai thuật ngữ thường được sử dụng đồng nghĩa, nhưng chúng có ý nghĩa khác nhau. LoRa đề cập đến một điều chế không dây cho phép giao tiếp với mức tiêu thụ điện năng rất thấp. LoRaWAN đề cập đến một giao thức mạng với chip LoRa để liên lạc. Nó dựa trên trạm gốc, có thể theo dõi 8 tần số với một số yếu tố trải rộng và gần 43 kênh.

Có thể sử dụng điều chế LoRa như điểm-điểm hoặc mạng sao mà không cần LoRaWAN. Cũng có thể sử dụng LoRaWAN như một mạng với các liên kết vô tuyến khác, nhưng điều này sẽ không thực sự thiết thực.

Về cơ bản, LoRa là lớp vật lý: chip. LoRaWAN là lớp MAC: phần mềm được đặt trên chip để kích hoạt kết nối mạng.

LoraWan hoạt động như thế nào ?

Một trong những đặc điểm cơ bản của LoRaWAN là hoạt động trong phạm vi phổ không được cấp phép dưới 1GHz. Trong khi, WiFi hoạt động ở tần số được cấp phép cao hơn là 2.4GHz và 5GHz và 4G trong khoảng từ 2 đến 8GHz.

Hiện tại, một số băng tần ISM khu vực trong LoRaWAN là EU 868, EU 433, US 915 (Châu Mỹ) và AS 430 (Châu Á). Cấu trúc của LoRaWAN bao gồm hai lớp: Lớp vô tuyến vật lý, LoRa (Long Range – Tầm xa) và lớp mạng mà nền tảng LoRaWAN tồn tại. Hiện tại không có tài liệu trực tuyến về lớp vật lý, nhưng mọi người đang cố gắng giải mã nó.
Cấu trúc liên kết cơ bản của LoRaWAN có nguồn gốc từ đầu vào LoRa Alliance. Nó chứa hai bộ phận thiết yếu.
Cấu trúc sao tầm xa bao gồm một Network Server LoRaWAN ở trung tâm kết nối với các Gateway LoRa trung gian.
Từ các Gateway đó, các node cuối kết nối với các mô-đun cho các ứng dụng và nền tảng IoT. Các giao tiếp xảy ra theo cả hai hướng.

Kiến trúc của hệ thống LoraWAN ?

Kiến trúc mạng LoRaWAN được triển khai theo cấu trúc liên kết hình ngôi sao – ngôi sao (so với cấu trúc liên kết Mesh, ví dụ: Zibgee).

Các mạng LoRaWAN được đặt trong cấu trúc liên kết sao có các trạm cơ sở chuyển tiếp dữ liệu giữa các node cảm biến và Network Server.

Giao tiếp giữa các node cảm biến và các trạm cơ sở đi qua kênh không dây sử dụng lớp vật lý LoRa, trong khi kết nối giữa các Gateway và máy chủ trung tâm được xử lý qua mạng dựa trên IP.

End nodes truyền trực tiếp đến tất cả các Gateway trong phạm vi sử dụng LoRa.
Gateway chuyển tiếp tin nhắn giữa các thiết bị đầu cuối và Network Server trung tâm sử dụng IP

End nodes thường là cảm biến nhúng công nghệ LoRa. Các node thường có:

Các cảm biến (được sử dụng để phát hiện thông số thay đổi, ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc kế, gps),
LoRa transponder để truyền tín hiệu qua phương thức truyền vô tuyến được cấp bằng sáng chế của LoRa
1 bộ điều khiển vi mô (với Bộ nhớ trên bo mạch) có thể có hoặc không

Các cảm biến có thể kết nối với chip transponder LoRa hoặc cảm biến có thể là một đơn vị tích hợp với chip transponder LoRa được nhúng bên trong.

Phân biệt các loại Lora End-devices

1. Class A – End-devices truyền nhận dữ liệu theo 2 hướng (Bi–directional) với đặc trưng cho khả năng tiêu thụ công suất thấp nhất:

– Đây là class mặc định phải được hỗ trợ trên các end-devices sử dụng LoRaWAN. Truyền thông với class A luôn được khởi tạo bởi các “end-devices” và theo cấu trúc hoàn toàn không đồng bộ. Mỗi một đường truyền dẫn “uplink” sẽ được theo sau bởi hai đường nhận “downlink” ngắn.

– Tiến trình truyền nhận được thiết lập bởi “end-devices” dựa trên nhu cầu giao tiếp của riêng nó thông qua sự biến thiên thời gian (dựa trên cấu trúc giao thức ALOHA).

– Class A hoạt động với các hệ thống end-device tiêu thụ công suất thấp, phù hợp cho các ứng dụng chỉ yêu cầu giao tiếp “downlink” từ server sau khi “end-device” đã thiết lập đường truyền “uplink”.

2. Class B – End-devices truyền nhận dữ liệu theo 2 hướng với việc tiếp nhận (receive slots) được thiết lập theo lịch trình

-End-devices theo Class B sẽ mở cửa sổ (windows) nhận theo thời gian đã được thiết lập, nó sẽ nhận được một tín hiệu báo đồng bộ từ Gateway. Điều này cho phép Server biết được khi nào end-device đang lắng nghe (listening).

3. Class C – End-devices truyền nhận dữ liệu theo 2 hướng với tiến trình “nhận” (receive slots) tối đa, mang lại độ trễ nhỏ nhất

– End-devices thuộc Class C sẽ liên tục mở luồng nhận và chỉ đóng khi thực hiện việc truyền dữ liệu. Dựa trên điều này, Server có thể khởi tạo đường truyền “downlink” bất cứ lúc nào trên giả định là bộ thu dữ liệu (receiver) của các end-device đang mở, do đó độ trễ được tối ưu xuống thấp nhất. Nhưng bù lại, bộ thu cũng tiêu hao một lượng điện năng (lên đến ~ 50mW). Cho nên Class C sẽ phù hợp cho các ứng dụng có nguồn cấp điện liên tục. Còn đối với các thiết bị chạy bằng pin, có thể dùng chuyển đổi hoạt động tạm thời giữa class A và class C. Điều này rất hữu ích cho việc xử lý các tác vụ như cập nhập “firmware” qua đường truyền không dây (over the air).

Phối hợp LoraWAN và Wifi

Ngày nay, Wi-Fi thường được triển khai để hỗ trợ các case studies IoT quan trọng trong khi LoRaWAN® được sử dụng cho các case studies IoT lớn. Khi được sử dụng song song, hai công nghệ hỗ trợ rất nhiều case studies IoT theo các ngành sau:

Tòa nhà thông minh / Khách sạn thông minh
Thành phố thông minh / làng thông minh
Địa điểm thông minh
Ô tô thông minh và giao thông vận tải
Người tiêu dùng

Các tùy chọn kỹ thuật để triển khai Wi-Fi và LoRaWAN® cho thấy cơ sở hạ tầng Wi-Fi hiện tại có thể dễ dàng được sử dụng để triển khai LoRaWAN® dưới dạng bổ trợ trên Điểm truy cập (AP) hoặc trong thiết bị hiện hữu.

Mức độ tích hợp (colocation hoặc hội tụ thiết bị) sẽ phụ thuộc vào nhu cầu bảo hiểm, mật độ cảm biến và yêu cầu kinh doanh như SLA. Tích hợp kỹ thuật sẽ được thảo luận từ các quan điểm frontend (thiết bị) và tích hợp phụ trợ (đám mây), cũng bao gồm các quy trình bảo mật và kết nối. Chi phí thấp hơn và hiệu quả hoạt động của việc triển khai lẫn nhau so với việc triển khai cả hai Mạng riêng biệt sẽ trở nên rõ ràng.

Wi-Fi và LoRaWAN® được triển khai rộng rãi trên toàn cầu trong các case studies thực sự được hỗ trợ bởi một hệ sinh thái mạnh mẽ, đồng thời cũng có sức mạnh tổng hợp. Ví dụ về các case studies này bao gồm:

Các nhà cung cấp thiết bị làm việc trên các giải pháp phần mềm và phần cứng tương hỗ (ví dụ: Multi-Tech, Gemtek, Ufi hoặc Ruckus đã kết hợp các điểm truy cập Wi-Fi / LoRaWAN®).
Các nhà sản xuất thiết bị IoT cung cấp các giải pháp kết hợp Wi-Fi & LoRaWAN® nhúng, như các trình theo dõi đa công nghệ như Abeeway, OFO, Maxtrack, Chipsafer và Gemtek.
Các thành phố hoặc cơ quan công cộng chuyển sang IoT: ER-Telecom ở Nga triển khai Wi-Fi và LoRaWAN® trên toàn thành phố tại 60 thành phố hàng đầu hoặc thành phố Calgary đã bổ sung mạng Wi-Fi của mình bằng cơ sở hạ tầng LoRaWAN®.
Các MNO lái một chiến lược được cấp phép và không có license hài hòa như Orange và BT.
Các nhà khai thác không có license tập trung vào chiến lược LoRaWAN® IoT như Unitymedia tại Đức vàTata Communications ở Ấn Độ, Charter và Comcast ở Mỹ.
Các nhà lãnh đạo chuyển vùng / Liên kết thúc đẩy chiến lược hài hòa để kết nối nhiều công nghệ Kết nối IoT như Orange, Syniverse hoặc BSG.

Khi so sánh LoraWAN và wifi Theo Sơ đồ trên cho thấy công nghệ kết nối IoT được phân chia theo phạm vi và tốc độ dữ liệu:

Wi-Fi bao gồm các case studyngắn và trung bình, ở tốc độ dữ liệu cao (có thể đạt tới 1 GB / giây ). Lượng tiêu thụ pin cao hơn LoraWAN.
LoRaWAN® bao gồm các case studytầm xa, ở tốc độ dữ liệu thấp (0,3 KBps đến 50 KBps), với mức tiêu thụ pin cực thấp, đáp ứng thời lượng pin lên tới 5 đến 10 năm, tùy thuộc vào tần số giao tiếp của thiết bị.
Chẳng hạn, Wi-Fi sẽ có liên quan trong việc truyền thông tin video thời gian thực hoặc duyệt internet, trong đó LoRaWAN® sẽ liên tục cung cấp thông tin dựa trên sự kiện đến từ cảm biến nhiệt độ, mặc dù chúng ta có thể tìm thấy một số chồng chéo trong khu vực nhà thông minh và nhà thông minh nơi Wi-Fi đã hoạt động được 20 năm.

Cuối cùng, chúng ta có quyền hy vọng rằng việc triển khai đồng thời Wi-Fi và LoRaWAN® để hỗ trợ IoT sẽ có lợi ích lâu dài. Cả hai công nghệ đều có lịch sử thành công mạnh mẽ trên thị trường, lộ trình dài hạn và có định hướng rõ ràng để hỗ trợ thế giới 5G trong tương lai.

Làm thế nào để kết nối LoraWAN ?

Đối với người dùng cá nhân, điểm cộng lớn nhất của LoRaWAN là được sử dụng miễn phí nhờ cấu hình mở. Tất cả những gì bạn cần là một thiết bị để tận dụng bất kỳ mạng cục bộ nào có bảo mật 128-AES. Theo LoRa Alliance, LoRaWAN hiện có mặt ở hơn 100 quốc gia, với hơn 100 nhà khai thác hàng đầu trên toàn thế giới. Trong thực tế, lý do lớn nhất cho sự phổ biến của nó là chi phí rẻ khi quản lý các mạng ở xa.

Tùy thuộc vào nơi sinh sống, bạn có thể đăng ký một trong nhiều nền tảng LoRaWAN bên dưới.

Things Network: Với gần 60.000 nhà phát triển và hơn 5800 Gateway LoRa, Things Network là cộng đồng LoRoWAN mở lớn nhất trên thế giới. Bãi đậu xe thông minh, theo dõi gia súc và tưới tiêu thông minh là một vài ứng dụng khởi đầu mà người dùng có thể tham khảo.
AWS: Nếu đang sử dụng Things Network, người dùng có thể kết nối với hệ sinh thái IoT của Amazon.
LoRa Server: Nếu muốn kết nối với Google Cloud IoT, LoRa Server cung cấp một trong những lựa chọn thay thế tốt nhất.
Link Labs: Link Labs cung cấp phần cứng cho các giải pháp LoRaWAN.

Những điều cần cân nhắc về các quy định đối với LoRa

Các thiết bị LoRa truyền trong dải tần số mở, không cần license của chính phủ để truyền phát. tức là LoRa hoạt động trong các dải tần số miễn phí license và người ta không cần license từ chính phủ hoặc tiểu bang, để truyền trên các tần số mở này.

LoRa sử dụng các tần số :

415 Mhz
868 Mhz
915 Mhz

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là tần số tự do hoặc không có license khác nhau tùy theo từng quốc gia.

Điều cực kỳ quan trọng là cấu hình chip transponder LoRa để truyền theo tần số chính xác tùy thuộc vào vị trí. Không tuân thủ có thể phải chịu các khoản tiền phạt và hình phạt nặng từ chính quyền local của các nước.

Dữ liệu LoRaWAN được truyền ở định dạng kỹ thuật số dưới dạng byte. Giới hạn thực tế cho việc truyền tải trọng dữ liệu đáng tin cậy trong các điều kiện khác nhau là 100 byte . Mặc dù có thể vượt lên trên một chút, tối đa 100 byte là một quy tắc hoạt động tốt.

Các mạng LoRaWAN đã được thử nghiệm thành công, với các tin nhắn 100 byte được gửi cứ sau 7 giây trong một khoảng thời gian dài. Tuy nhiên, trong thực tế, bất cứ điều gì thường xuyên hơn truyền một lần một phút không được khuyến khích sử dụng. Có thể một gateway duy nhất xử lý đồng thời hàng ngàn node LoRa.

Ưu điểm và nhược điểm của LoRaWAN

Ưu điểm của LoRaWAN

Cảm biến công suất thấp và vùng phủ sóng rộng được đo bằng km
Hoạt động trên tần số miễn phí (không có license), không có chi phí cấp phép trả trước để sử dụng công nghệ
Công suất thấp có nghĩa là tuổi thọ pin dài cho các thiết bị. Pin cảm biến có thể tồn tại trong 2 năm5 năm (Lớp A và Lớp B)
Thiết bị gateway LoRa đơn được thiết kế để chăm sóc hàng ngàn thiết bị đầu cuối hoặc node
Nó dễ dàng để triển khai do kiến trúc đơn giản của nó
Nó được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng M2M / IoT
Kích thước tải trọng tốt hơn (100 byte), so với SigFox là 12 byte
Mở: một liên minh mở và một tiêu chuẩn mở. Công nghệ mở so với đối thủ SigFox
Không giới hạn số lượng tin nhắn hàng ngày tối đa (so với giới hạn SigFox là 140 / ngày)
LoRaWAN có lợi ích là liên minh với cách tiếp cận mở thay vì độc quyền (SigFox).
Tầm xa cho phép các giải pháp như ứng dụng thành phố thông minh.
Băng thông thấp làm cho nó lý tưởng cho việc triển khai IoT thực tế với ít dữ liệu hơn và / hoặc với việc truyền dữ liệu không đổi.
Chi phí kết nối thấp.
Không dây, dễ cài đặt và triển khai nhanh.
Bảo mật: một lớp bảo mật cho mạng và một lớp cho ứng dụng có mã hóa AES.
Giao tiếp hai chiều đầy đủ.
Được hỗ trợ bởi những người như CISCO, IBM và 500 công ty thành viên khác của Liên minh LoRa.

Nhược điểm của LoRaWAN

Không dành cho tải trọng dữ liệu lớn, tải trọng giới hạn ở 100 byte.
Không cho giám sát liên tục (trừ các thiết bị Class C).
Không phải là ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng thời gian thực đòi hỏi độ trễ thấp hơn và yêu cầu thiết bị ràng buộc.
Tăng cường mạng lưới LoRaWAN: Sự phát triển của các công nghệ LPWAN, và đặc biệt là LoRaWAN, đặt ra những thách thức cùng tồn tại khi việc triển khai các gateway vào khu vực đô thị.
Nhược điểm của tần số mở là bạn có thể bị nhiễu tần số đó và tốc độ dữ liệu có thể thấp. (Đối với GSM hoặc tần số được cấp phép, bạn có thể truyền trên tần số đó mà không bị nhiễu. Các nhà khai thác GSM sử dụng tần số nhất định phải trả phí cấp phép lớn cho chính phủ để sử dụng các tần số đó. LoRa hoạt động trên các tần số mở và không cần trạng thái license.)