LoRa ו־LoRaWAN

מה שני המונחים מציינים, למה LoRaWAN נועדה ואיך בנויה רשת.

שתי שכבות

LoRa (מ־“Long Range”, טווח ארוך) היא טכניקת הרדיו. היא משתמשת באפנון chirp spread spectrum ‏(CSS): כל סמל הוא צליל שסורק את כל רוחב הערוץ. כך מקלט יכול לפענח אותות שנמצאים מתחת לרמת הרעש. הטכניקה מגיעה מהחברה הצרפתית Cycleo, ש־Semtech רכשה ב־2012. Semtech מייצרת עד היום את רוב שבבי הרדיו של LoRa.

חבילת LoRa מתחילה ב־chirps סדירים (הפרימבולה). בנתונים כל chirp מתחיל בתדר אחר: נקודת ההתחלה הזו נושאת את המידע.

LoRaWAN הוא פרוטוקול הרשת שפועל מעליה. הוא מגדיר איך מכשירים מצטרפים לרשת, איך הודעות מוצפנות ונספרות, ואיך הרשת שולטת בהגדרות השידור. המפרט פתוח ומתוחזק על ידי LoRa Alliance. בשימוש נמצאות הגרסאות 1.0.x (בעיקר 1.0.3 ו־1.0.4) ו־1.1. התדרים לכל אזור בעולם נקבעים במסמך נפרד, “Regional Parameters”.

בקצרה: LoRa היא קישור הרדיו, LoRaWAN היא הרשת.

למה LoRaWAN נועדה

כמויות נתונים קטנות: בדרך כלל 10 עד 50 בתים להודעה.
שידור לעיתים רחוקות: דקות עד שעות בין שתי הודעות.
טווח ארוך: כמה קילומטרים בעיר, הרבה יותר באזור כפרי ועם קו ראייה.
הפעלה בסוללה: המכשירים במצב שינה כמעט כל הזמן ופועלים לעיתים קרובות כמה שנים.
לא מתאימה לקול, לתמונות, לבקרה בזמן אמת או לתשובות תכופות למכשיר.

איך בנויה רשת

מכשיר אינו קשור ל־gateway מסוים: כל gateway בטווח קולט את החבילה שלו. שרת הרשת מסיר את הכפילויות.

רכיב	תפקיד
מכשיר קצה (node)	חיישן, מכשיר מעקב או טסטר שטח. שולח uplinks, ולעיתים מקבל downlinks.
Gateway	קולט כל מה שהוא שומע ב־8 ערוצים או יותר בו־זמנית ומעביר זאת ללא שינוי לשרת הרשת. Gateway אינו יכול לקרוא את המטען (payload).
שרת רשת (LNS)	בודק את ההודעות, מסיר כפילויות (כשכמה gateways שומעים את אותה חבילה), בוחר את ה־gateway לתשובה ושולט בקצב הנתונים.
שרת הצטרפות (join server)	מנהל את המפתחות שמשמשים כשמכשירים מצטרפים.
שרת אפליקציה / אינטגרציה	מפענח את המטען ומעביר אותו לאפליקציה דרך webhook, ‏MQTT או דרך דומה.

לכן טסטר שטח מציג לעיתים קרובות כמה gateways עבור אותה הודעה.

Uplink ו־downlink

Uplink: מכשיר ← רשת. המקרה הרגיל.
Downlink: רשת ← מכשיר. אפשרי רק זמן קצר אחרי uplink. בזמן ש־gateway משדר, הוא לא יכול לקלוט באף ערוץ. לכן downlinks מוגבלים.

מחלקות מכשירים

מחלקה A: אחרי כל uplink נפתחים שני חלונות קליטה קצרים. רק אז הרשת יכולה לענות.

מחלקה	התנהגות	שימוש טיפוסי
A	אחרי כל uplink נפתחים שני חלונות קליטה קצרים (RX1 אחרי 1 s, ‏RX2 שנייה אחר כך; ב־TTN ‏RX1 אחרי 5 s). בשאר הזמן המכשיר במצב שינה.	כמעט כל החיישנים, גם טסטרי שטח
B	חלונות קליטה נוספים בזמנים קבועים, מסונכרנים באמצעות beacons מה־gateways.	נדיר
C	מאזין כמעט כל הזמן. צריכת חשמל גבוהה.	מכשירים המחוברים לרשת החשמל, למשל מפעילים (actuators)