Technologia LoRaWAN

LoRaWAN

LoRaWAN nazwana została przez autorów szeregu publikacji w czasopismach technicznych jako nowe WiFi dla IoT. Od czerwca 2015 roku, gdy opublikowano specyfikację LoRaWAN v.01 lista podmiotów przystępujących do LoRa Alliance rośnie, a wraz z dostępnością rozwiązań technicznych równie dynamicznie rośnie liczba aplikacji wykorzystujących LoRaWAN.

Sieć LoRaWAN pracuje w topologii gwiazdy - składa się z urządzeń końcowych (end-point) wysyłających dane do bramy sieciowej (gateway). Brama ta zamienia następne dane z postaci radiowej na pakiety IP i wysyła je do odpowiednich serwerów sieciowych. LoRaWAN udostępnia komunikację dwustronną - zależnie od klasy urządzenia końcowego, można wysłać dane kiedy to urządzenie wyjdzie z trybu uśpienia i zainicjuje komunikację (klasa A lub B) lub w dowolnym momencie (klasa C).

LoRaWAN pracuje w otwartym paśmie sub-GHz 433 MHz, 868 MHz (Europa), 915 MHz (Ameryka Północna), 905 MHz (Australia). 

Możliwość zasilania ze źródeł niskoprądowych: LoRaWAN w porównaniu z np. transmisją oparta na LTE jest bardzo oszczędna energetycznie, co zapewnia dłuższą żywotność urządzenia na zasilaniu bateryjnym (w praktyce nawet kilka lat). Niewielkie zapotrzebowanie na energie umożliwia zasilanie w oparciu o układ złożony z niewielkiej baterii albo akumulatora.

Zmienne klasy energetyczne = jeszcze oszczędniej: LoRaWan umożliwia pracę ze zmienną klasą energetyczną urządzenia końcowego. Gdy potrzebujemy aby urządzenie częściej transmitowało dane lub jest potrzeba ściągnięcia dużej ilości danych, np. nowy kod (upgrade), nastawy lub polecenia sterujące - wystarczy zmienić klasę energetyczną. 

Klasa A - największa oszczędność energii. Urządzenie domyślnie pracuje w trybie uśpienia. Jeśli ma do wysłania jakieś dane - wybudza się, przeprowadza pomiary/przygotowuje dane i wysyła je drogą radiową. Po wykonaniu koniecznych zadań wchodzi ponownie w tryb uśpienia. W tym trybie wysłanie danych do urządzenia jest możliwe jedynie kiedy urządzenie końcowe jest wybudzone i zainicjowało transmisję.

Klasa B - synchronizowana komunikacja w przydzielonych interwałach - tryb beacon. W tym trybie określono dokładne odstępy czasowe, w których urządzenie może wysyłać i/lub odbierać dane. Konieczna jest synchronizacja czasu pomiędzy aplikacją i urządzeniem końcowym, ale znamy dokładnie czas kiedy urządzenie będzie dostępne do wysyłania/odbierania danych. Klasa B jest rozwinięciem klasy A z dodaną funkcjonalnością komunikacji w interwałach czasowych - beacon.

Klasa C - możliwości ciągłego nasłuch, poza krótkimi okresami nadawania. W tym trybie urządzenie końcowe, poza okresami nadawania, permanentnie nasłuchuje danych. Jest to najmniej energooszczędny tryb pracy, ale w każdej chwili mamy do niego dostęp.

Pewność, to pewność: LoRaWAN umożliwia uzyskanie pewności, że transmisja w całości została odebrana.

Z operatorem lub bez operatora: Zarówno wykorzystanie technologii LTE jak i Sigfox wiąże się z koniecznością współpracy z operatorem telekomunikacyjnym. LoRaWAN oferuje pełną swobodę w tym zakresie.

Jeśli właściciel aplikacji, np. ze względów bezpieczeństwa lub ze względu na koszty abonamentu, nie chce opierać się na usługach operatorów, przy relatywnie niewielkich nakładach, może zbudować własną warstwę dostępową i serwer danych. Jeśli dla właściciela aplikacji kluczowe jest działanie na terenie szeroko pokrytym zasięgiem, wówczas może współpracować z operatorem, providerem. Dynamicznie rośnie na całym świecie liczba operatorów regionalnych czy narodowych LoRaWAN. Także w Polsce znajdziemy podmioty aspirujące do roli operatora i otwarte sieci LoRa >> Do przechowywania danych można zbudować własny serwer, ale można z powodzeniem wykorzystać także wielu dostawców usług realizowanych w chmurze, także Open Source.

Dalszy rozwój: Dynamiczny wzrost LoRa Alliance zapewnia nie tylko wzrost środków na rozwój standardu, ale i pewność, że urządzenia wielu producentów będą ze sobą w pełni kompatybilne. Prace rozwojowe stosu LoRaWAN przyniosły w 2018 roku możliwość prowadzenia skutecznej lokalizacji urządzenia końcowego za pomocą matematycznych metod triangulacji, z dokładnością do zaledwie kilkudziesięciu metrów. To pierwsza taka możliwość, że bez GPS i bez operatora telekomunikacyjnego można przeprowadzić skuteczną lokalizację urządzenia końcowego, co otwiera zupełnie nowe możliwości w zakresie nadzoru wyposażenia trwałego, elementów infrastruktury, pojazdów (np. rowerów miejskich), zwierząt czy ludzi, tym bardziej, że sygnał LoRa jest trudniejszy w zakłóceniu od sygnału GPS czy LTE.

Wysokie bezpieczeństwo: LoRaWAN zapewnia wysokie bezpieczeństwo obejmujące szyfrowanie transmisji (AES z wykorzystaniem identyfikatora IEEE EUI 128 do wymiany kluczy) i autoryzację w sieci urządzenia końcowego. Bezpieczeństwo warstwy aplikacji zapewnia brak dostępu operatora sieci do danych aplikacji urządzenia końcowego. Idąc dalej i zakładając pracę w oparciu o własną infrastrukturę dostępową (rezygnując ze współpracy z operatorem) i serwer aplikacji (rezygnując z usługi chmury) można uzyskać pewność, że fizycznie dane nie będą opuszczać infrastruktury technicznej ich właściciela

Schemat funkcjonowania sieci

© JM elektronik

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy JM Elektronik