LoRa और LoRaWAN

दोनों शब्दों का अर्थ क्या है, LoRaWAN किसके लिए बना है और नेटवर्क कैसे बनता है।

दो परतें

LoRa (“Long Range” से) रेडियो तकनीक है। यह चिर्प स्प्रेड स्पेक्ट्रम मॉड्यूलेशन (CSS) का उपयोग करती है: हर सिंबल एक टोन है जो पूरे चैनल पर फैलती हुई चलती है। इससे रिसीवर उन सिग्नलों को भी डिकोड कर पाता है जो शोर के स्तर से नीचे हों। यह तकनीक फ़्रांसीसी कंपनी Cycleo से आई है, जिसे Semtech ने 2012 में ख़रीदा। आज भी अधिकांश LoRa रेडियो चिप Semtech बनाती है।

LoRa पैकेट नियमित चिर्प (प्रीएम्बल) से शुरू होता है। डेटा में हर चिर्प अलग आवृत्ति से शुरू होता है: यही शुरुआती बिंदु जानकारी ले जाता है।

LoRaWAN इसके ऊपर का नेटवर्क प्रोटोकॉल है। यह तय करता है कि डिवाइस नेटवर्क से कैसे जुड़ते हैं, संदेश कैसे एन्क्रिप्ट और गिने जाते हैं, और नेटवर्क ट्रांसमिशन सेटिंग्स को कैसे नियंत्रित करता है। विनिर्देश खुला है और LoRa Alliance इसे संभालता है। संस्करण 1.0.x (मुख्य रूप से 1.0.3 और 1.0.4) और 1.1 उपयोग में हैं। हर विश्व क्षेत्र की आवृत्तियाँ एक अलग दस्तावेज़, “Regional Parameters”, में तय होती हैं।

संक्षेप में: LoRa रेडियो लिंक है, LoRaWAN नेटवर्क।

LoRaWAN किसके लिए बना है

कम डेटा: आम तौर पर हर संदेश में 10 से 50 बाइट।
कभी-कभी भेजना: दो संदेशों के बीच मिनटों से घंटों तक।
लंबी रेंज: शहर में कुछ किलोमीटर, ग्रामीण इलाक़े में और सीधी दृष्टि रेखा होने पर इससे कहीं ज़्यादा।
बैटरी से संचालन: डिवाइस लगभग पूरे समय सोते रहते हैं और अक्सर कई साल चलते हैं।
उपयुक्त नहीं आवाज़, तस्वीरों, रियल-टाइम नियंत्रण या डिवाइस को बार-बार जवाब देने के लिए।

नेटवर्क कैसे बनता है

डिवाइस किसी एक गेटवे से बंधा नहीं होता: रेंज में मौजूद हर गेटवे उसका पैकेट प्राप्त करता है। नेटवर्क सर्वर दोहराव हटाता है।

हिस्सा	काम
एंड डिवाइस (नोड)	सेंसर, ट्रैकर या फ़ील्ड टेस्टर। अपलिंक भेजता है, कभी-कभी डाउनलिंक प्राप्त करता है।
गेटवे	एक साथ 8 या अधिक चैनलों पर जो कुछ सुनता है, सब प्राप्त करता है और बिना बदले नेटवर्क सर्वर को देता है। गेटवे पेलोड नहीं पढ़ सकता।
नेटवर्क सर्वर (LNS)	संदेशों की जाँच करता है, दोहराव हटाता है (जब कई गेटवे एक ही पैकेट सुनते हैं), जवाब के लिए गेटवे चुनता है और डेटा दर नियंत्रित करता है।
जॉइन सर्वर	डिवाइस के जुड़ने के समय इस्तेमाल होने वाली कुंजियाँ संभालता है।
एप्लिकेशन सर्वर / इंटीग्रेशन	पेलोड को डिक्रिप्ट करता है और webhook, MQTT या इसी तरह के तरीक़े से एप्लिकेशन को देता है।

इसी कारण फ़ील्ड टेस्टर अक्सर एक ही संदेश के लिए कई गेटवे दिखाता है।

अपलिंक और डाउनलिंक

अपलिंक: डिवाइस → नेटवर्क। सामान्य स्थिति।
डाउनलिंक: नेटवर्क → डिवाइस। केवल अपलिंक के थोड़ी देर बाद संभव। जब गेटवे भेज रहा होता है, तब वह किसी भी चैनल पर प्राप्त नहीं कर सकता। इसलिए डाउनलिंक सीमित होते हैं।

डिवाइस क्लास

क्लास A: हर अपलिंक के बाद दो छोटी रिसीव विंडो खुलती हैं। केवल तभी नेटवर्क जवाब दे सकता है।

क्लास	व्यवहार	सामान्य उपयोग
A	हर अपलिंक के बाद दो छोटी रिसीव विंडो खुलती हैं (RX1 1 s बाद, RX2 एक सेकंड बाद; TTN पर RX1 5 s बाद)। बाक़ी समय डिवाइस सोता है।	लगभग सभी सेंसर, फ़ील्ड टेस्टर भी
B	तय समय पर अतिरिक्त रिसीव विंडो, जो गेटवे के बीकन से सिंक्रनाइज़ होती हैं।	कम
C	लगभग पूरे समय सुनता है। बिजली की खपत ज़्यादा।	मेन बिजली से चलने वाले डिवाइस, जैसे एक्चुएटर