LoRa и LoRaWAN

Какво означават двата термина, за какво е предназначен LoRaWAN и как е изградена една мрежа.

Две нива

LoRa (от „Long Range“) е радиотехниката. Тя използва модулация с разширен спектър чрез чирпове (chirp spread spectrum, CSS): всеки символ е тон, който се плъзга през целия канал. Така приемникът може да декодира сигнали, които са под нивото на шума. Техниката идва от френската фирма Cycleo, която Semtech придобива през 2012 г. И днес Semtech произвежда повечето радиочипове за LoRa.

Един LoRa пакет започва с еднакви чирпове (преамбюл). В данните всеки чирп започва от различна честота: тази начална точка носи информацията.

LoRaWAN е мрежовият протокол над него. Той определя как устройствата се присъединяват, как съобщенията се криптират и броят и как мрежата управлява параметрите на предаване. Спецификацията е отворена и се поддържа от LoRa Alliance. В употреба са версиите 1.0.x (главно 1.0.3 и 1.0.4) и 1.1. Честотите за всеки регион на света са определени в отделен документ, „Regional Parameters“.

Накратко: LoRa е радиовръзката, LoRaWAN – мрежата.

За какво е предназначен LoRaWAN

Малки количества данни: обикновено 10 до 50 байта на съобщение.
Рядко изпращане: от минути до часове между две съобщения.
Голям обхват: няколко километра в града, много повече извън населените места и при пряка видимост.
Работа с батерия: устройствата спят почти през цялото време и често работят няколко години.
Не е подходящ за глас, изображения, управление в реално време или чести отговори към устройството.

Как е изградена мрежата

Устройството не е обвързано с един шлюз: всеки шлюз в обхват приема пакета му. Мрежовият сървър премахва дубликатите.

Част	Задача
Крайно устройство (възел)	Сензор, тракер или полеви тестер. Изпраща uplinks, от време на време приема downlinks.
Шлюз	Приема всичко, което чува, едновременно на 8 или повече канала и го предава непроменено на мрежовия сървър. Шлюзът не може да прочете полезните данни.
Мрежов сървър (LNS)	Проверява съобщенията, премахва дубликатите (когато няколко шлюза чуят един и същ пакет), избира шлюза за отговора и управлява скоростта на данните.
Сървър за присъединяване (join server)	Управлява ключовете, които се използват при присъединяването на устройствата.
Сървър на приложението / интеграция	Декриптира полезните данни и ги предава на приложението чрез уебхук, MQTT или подобно.

Затова полевият тестер често показва няколко шлюза за едно и също съобщение.

Uplink и downlink

Uplink: устройство → мрежа. Обичайният случай.
Downlink: мрежа → устройство. Възможен е само малко след uplink. Докато шлюзът предава, той не може да приема на нито един канал. Затова downlinks са оскъдни.

Класове устройства

Клас A: след всеки uplink се отварят два кратки прозореца за приемане. Само тогава мрежата може да отговори.

Клас	Поведение	Типично приложение
A	След всеки uplink се отварят два кратки прозореца за приемане (RX1 след 1 s, RX2 една секунда по-късно; в TTN RX1 след 5 s). През останалото време устройството спи.	Почти всички сензори, включително полевите тестери
B	Допълнителни прозорци за приемане в определени моменти, синхронизирани чрез сигнални маяци (beacons) от шлюзовете.	Рядко
C	Слуша почти през цялото време. Висока консумация на енергия.	Устройства със захранване от мрежата, напр. изпълнителни механизми