LoRa ja LoRaWAN

Mida need kaks mõistet tähendavad, milleks LoRaWAN on mõeldud ja kuidas võrk on üles ehitatud.

Kaks kihti

LoRa (sõnadest „Long Range“) on raadiotehnika. See kasutab chirp spread spectrum modulatsiooni (CSS): iga sümbol on toon, mille sagedus liigub üle kogu kanali. Tänu sellele suudab vastuvõtja dekodeerida signaale, mis jäävad mürataseme alla. Tehnika pärineb Prantsuse ettevõttelt Cycleo, mille Semtech 2012. aastal omandas. Semtech toodab ka praegu enamikku LoRa raadiokiipidest.

LoRa pakett algab korrapäraste chirpidega (preambul). Andmeosas algab iga chirp erineval sagedusel: see alguspunkt kannab teavet.

LoRaWAN on selle peal olev võrguprotokoll. See määrab, kuidas seadmed võrguga liituvad, kuidas sõnumeid krüpteeritakse ja loendatakse ning kuidas võrk saateseadeid juhib. Spetsifikatsioon on avatud ja seda haldab LoRa Alliance. Kasutusel on versioonid 1.0.x (peamiselt 1.0.3 ja 1.0.4) ja 1.1. Iga maailma piirkonna sagedused on määratud eraldi dokumendis „Regional Parameters“.

Lühidalt: LoRa on raadioühendus, LoRaWAN on võrk.

Milleks LoRaWAN on mõeldud

Väikesed andmehulgad: tavaliselt 10 kuni 50 baiti sõnumi kohta.
Harv saatmine: kahe sõnumi vahel minutid kuni tunnid.
Suur leviulatus: linnas mõni kilomeeter, maal ja otsenähtavuse korral palju rohkem.
Patareitoide: seadmed magavad peaaegu kogu aeg ja töötavad sageli mitu aastat.
Ei sobi kõneks, piltideks, reaalajas juhtimiseks ega sagedasteks vastusteks seadmele.

Kuidas võrk on üles ehitatud

Seade ei ole seotud ühe lüüsiga: iga levialas olev lüüs võtab tema paketi vastu. Võrguserver eemaldab duplikaadid.

Osa	Ülesanne
Lõppseade (sõlm)	Andur, jälgur või välitester. Saadab uplinke, võtab aeg-ajalt vastu downlinke.
Lüüs	Võtab vastu kõik, mida ta samaaegselt 8 või enamal kanalil kuuleb, ja edastab selle muutmata kujul võrguserverile. Lüüs ei saa kasulikku koormust lugeda.
Võrguserver (LNS)	Kontrollib sõnumeid, eemaldab duplikaadid (kui mitu lüüsi kuuleb sama paketti), valib vastuse jaoks lüüsi ja juhib andmeedastuskiirust.
Liitumisserver (join server)	Haldab võtmeid, mida kasutatakse seadmete liitumisel.
Rakendusserver / integratsioon	Dekrüpteerib kasuliku koormuse ja annab selle rakendusele edasi webhooki, MQTT või muu sarnase kaudu.

Seetõttu näitab välitester sama sõnumi kohta sageli mitut lüüsi.

Uplink ja downlink

Uplink: seade → võrk. Tavaline juhtum.
Downlink: võrk → seade. Võimalik ainult vahetult pärast uplinki. Kui lüüs saadab, ei saa ta ühelgi kanalil vastu võtta. Seetõttu on downlinke vähe.

Seadmeklassid

A-klass: pärast iga uplinki avaneb kaks lühikest vastuvõtuakent. Ainult siis saab võrk vastata.

Klass	Käitumine	Tüüpiline kasutus
A	Pärast iga uplinki avaneb kaks lühikest vastuvõtuakent (RX1 1 s pärast, RX2 üks sekund hiljem; TTN-is RX1 5 s pärast). Muul ajal seade magab.	Peaaegu kõik andurid, ka välitestrid
B	Täiendavad vastuvõtuaknad kindlatel aegadel, sünkroniseeritud lüüside majakasignaalidega (beacon).	Harv
C	Kuulab peaaegu kogu aeg. Suur energiatarve.	Võrgutoitega seadmed, nt täiturid