LoRa to system komunikacji bezprzewodowej o dużym zasięgu i niskim poborze mocy, który może przesyłać niewielkie ilości danych na duże odległości. Te dwie cechy sprawiają, że jest to atrakcyjne rozwiązanie do stosowania w branżach IoT i IIoT.
LoRaWAN (ang. Long Range Wide Area Network) to protokół powstały na bazie modulacji LoRa. Jest to warstwa oprogramowania, która określa, w jaki sposób urządzenia korzystają ze sprzętu LoRa, tj. kiedy przesyłają dane i w jakim formacie.
Czym jest LoRa?
LoRa (ang. Long Range). To jeden z efektywnych systemów komunikacji bezprzewodowej o dużym zasięgu i niskim poborze mocy opracowany przez firmę Semtech.
„Urządzenia LoRa oferują istotne funkcje dla aplikacji IoT, w tym komunikację o dużym zasięgu, niski pobór mocy i bezpieczną transmisję danych. Technologia ta może być wykorzystywana przez sieci publiczne, prywatne lub hybrydowe i zapewnia większy zasięg niż sieci komórkowe”.
Semtech
Daleki zasięg komunikacji i niski pobór mocy sprawiają, że LoRa to idealne rozwiązanie dla przemysłowych aplikacji IoT. Ponadto, LoRa pozwala pokonać wiele nowych wyzwań na obszarach wiejskich i miejskich, np. związanych z klimatem, zanieczyszczeniem środowiska, czy klęskami żywiołowymi.
Ze względu na swoją prostotę i atrakcyjność inwestycyjną, rozwiązanie to jest szeroko stosowane w transporcie, produkcji, rolnictwie, sprzęcie AGD, a nawet, w niektórych przypadkach, w urządzeniach ubieralnych.
Jak działa LoRa?
LoRa to technika modulacji bezprzewodowej oparta na technologii CSS (ang. Chirp Spread Spectrum). Technika ta wykorzystuje kodowanie informacji na falach radiowych przy użyciu impulsów chirp. Taka modulacja jest niezwykle odporna na zakłócenia i może być odbierana na dużych odległościach w zależności od możliwości sprzętowych.
Zobacz film Richarda Wennera, na którym wyjaśniono, jak działa CSS:
LoRa to idealne rozwiązanie dla aplikacji, które przesyłają małe ilości danych z niewielką szybkością. Dane mogą być przesyłane na większą odległość niż w przypadku innych technologii bezprzewodowych, np. Wi-Fi, Bluetooth albo ZigBee. Dzięki temu LoRa idealnie nadaje się do przesyłania danych z czujników w trybach niskiego poboru mocy.
Co więcej, LoRa wykorzystuje nielicencjonowane sub-gigahercowe pasma, takie jak 915 MHz, 868 MHz i 433 MHz. Może również pracować na częstotliwości 2,4 GHz dla znacznie większych prędkości przesyłu danych, kosztem zasięgu. Częstotliwości te należą do pasm ISM, które są zarezerwowane na całym świecie dla celów przemysłowych, naukowych i medycznych.
Czym jest LoRaWAN?
Specyfikacja LoRaWAN to standard rozległej sieci o niskim poborze mocy oparty na technice LoRa. Standard ten jest przeznaczony do bezprzewodowego łączenia urządzeń zasilanych bateryjnie z Internetem w sieciach regionalnych, krajowych i globalnych.
LoRaWAN to warstwa oprogramowania, która określa, w jaki sposób urządzenia korzystają ze sprzętu LoRa, np. kiedy i w jakim formacie przesyłają dane. Sam protokół jest rozwijany i utrzymywany przez LoRa Alliance.
Co najważniejsze, specyfikacja LoRaWAN to standard, który umożliwia bezproblemową integrację z urządzeniami innych producentów. Ten pojedynczy czynnik jest jednym z powodów, dla których technologia LoRa przyspieszyła w branży IoT.
Jak działa LoRaWAN?
Architektura LoRaWAN składa się z czterech głównych komponentów:
- Punkty końcowe
- Bramka
- Serwer sieciowy
- Serwer aplikacyjny
W tej architekturze widać, jak LoRa i LoRaWAN pozwalają na połączenie szerokich i gęstych sieci urządzeń brzegowych. Umożliwia to przechwytywanie i monitorowanie danych z tysięcy węzłów w łatwy do zarządzania sposób.
Węzły końcowe — urządzenia znajdujące się na końcu sieci. Przeważnie wyposażone w czujniki do okresowego zbierania i monitorowania danych. Często mają postać mikrokontrolera o niskim poborze mocy, który można stosować w terenie przez wiele lat bez konieczności konserwacji i są wyposażone w nadajnik LoRa o niskim poborze mocy do wysyłania pakietów danych do bramki.
Bramki — bramki LoRaWAN są pomostem pomiędzy węzłami a siecią. Odbierają informacje z punktów końcowych za pomocą koncentratora LoRa, a następnie przesyłają dane do serwera sieciowego za pośrednictwem Internetu lub prywatnej infrastruktury sieciowej. Ich kluczową funkcją jest przekazywanie pakietów.
Serwer sieciowy — serwer Cloud LoRa konsoliduje wszystkie dane, które otrzymuje z bramek i przesyła je na serwer aplikacji. Przykładem serwera sieciowego może być TTN (ang. The Things Network).
Serwer aplikacyjny — umożliwia wizualną lub analityczną interpretację danych. Można również zintegrować punkty danych z platformą, aby podjąć działania, takie jak włączenie pomp wody deszczowej w scenariuszach rolniczych lub otwieranie okien w szklarni, aby utrzymać określony poziom wilgotności. Możliwe jest nawet skonfigurowanie usługi powiadomień, która będzie informować inżyniera o potencjalnym problemie.
Do czego wykorzystuje się obecnie LoRa?
Technologia LoRa jest odpowiednia dla szerokiego zakresu zastosowań, które wymagają okresowego monitorowania za pomocą różnych czujników. Zastosowania obejmują m.in. opiekę zdrowotną, rolnictwo, inteligentne miasta, pomiary, łańcuch dostaw i logistykę. Istnieją konkretne zastosowania, w których technologia ta sprawdza się najlepiej, zwłaszcza, jeśli wymagają one umieszczenia węzłów czujników w odległych miejscach, w których nie ma możliwości konserwacji.
Rolnictwo i monitoring środowiska są głównymi zastosowaniami LoRa. Zazwyczaj systemy tego typu są instalowane w obszarach wiejskich bez komunikacji mobilnej lub infrastruktury do komunikacji krótkiego zasięgu.
Jak zacząć korzystać z technologii LoRa?
W ciągu ostatnich pięciu lat technologia LoRa przyspieszyła dzięki firmie Semtech, która stworzyła i udoskonaliła swoje układy nadawczo-odbiorcze oraz układy bramek. Wielu producentów wykorzystuje swoje chipy LoRa do tworzenia innowacyjnych węzłów i bramek o niższym poborze mocy, idealnych do prototypowania. Dzięki współpracy z wieloma dostawcami, firma Elfa Distrelec ma w ofercie szeroką gamę płytek rozwojowych, węzłów czujnikowych i bramek.
