fieldtester.io

LoRa i LoRaWAN

Što znače ta dva pojma, za što je LoRaWAN namijenjen i kako je izgrađena mreža.

Dva sloja

LoRa (od engl. „Long Range“, veliki domet) je radijska tehnika. Koristi modulaciju chirp spread spectrum (CSS): svaki simbol je ton koji prelazi preko cijelog kanala. Tako prijemnik može dekodirati signale koji leže ispod razine šuma. Tehnika potječe od francuske tvrtke Cycleo, koju je Semtech preuzeo 2012. Semtech i danas proizvodi većinu radijskih čipova LoRa.

VrijemeFrekvencija125 kHzPreambulaPodaci
LoRa paket počinje pravilnim chirpovima (preambula). U podacima svaki chirp počinje na drugoj frekvenciji: ta početna točka nosi informaciju.

LoRaWAN je mrežni protokol iznad toga. Određuje kako se uređaji prijavljuju u mrežu, kako se poruke šifriraju i broje te kako mreža upravlja postavkama odašiljanja. Specifikacija je otvorena i održava je LoRa Alliance. U upotrebi su verzije 1.0.x (uglavnom 1.0.3 i 1.0.4) i 1.1. Frekvencije za pojedine svjetske regije utvrđene su u zasebnom dokumentu, „Regional Parameters“.

Ukratko: LoRa je radijska veza, LoRaWAN mreža.

Za što je LoRaWAN namijenjen

  • Male količine podataka: obično 10 do 50 bajtova po poruci.
  • Rijetko slanje: od nekoliko minuta do nekoliko sati između dviju poruka.
  • Veliki domet: nekoliko kilometara u gradu, znatno više izvan grada i uz izravnu vidljivost.
  • Rad na baterije: uređaji gotovo cijelo vrijeme spavaju i često rade nekoliko godina.
  • Nije prikladan za govor, slike, upravljanje u stvarnom vremenu ni česte odgovore uređaju.

Kako je izgrađena mreža

SenzorTer. testerTrackerGatewayGatewayMrežniserverAplikacijafieldtester.ioLoRa radioInternet
Uređaj nije vezan uz jedan gateway: svaki gateway u dometu prima njegov paket. Mrežni poslužitelj uklanja duplikate.
Dio Zadatak
Krajnji uređaj (čvor) Senzor, tracker ili terenski tester. Šalje uplinkove, povremeno prima downlinkove.
Gateway Istodobno prima sve što čuje na 8 ili više kanala i to nepromijenjeno prosljeđuje mrežnom poslužitelju. Gateway ne može pročitati korisne podatke.
Mrežni poslužitelj (LNS) Provjerava poruke, uklanja duplikate (kad više gatewaya čuje isti paket), odabire gateway za odgovor i upravlja brzinom prijenosa podataka.
Join server Upravlja ključevima koji se koriste pri prijavi uređaja u mrežu.
Aplikacijski poslužitelj / integracija Dešifrira korisne podatke i predaje ih aplikaciji putem webhooka, MQTT-a ili slično.

Zato terenski tester za istu poruku često prikazuje više gatewaya.

Uplink i downlink

  • Uplink: uređaj → mreža. Uobičajeni slučaj.
  • Downlink: mreža → uređaj. Moguć samo kratko nakon uplinka. Dok gateway odašilje, ne može primati ni na jednom kanalu. Downlinkovi su stoga ograničeni.

Klase uređaja

UplinkRX1RX21 s (TTN: 5 s)+1 suređaj sluša samo u dva prozorazatim spava
Klasa A: nakon svakog uplinka otvaraju se dva kratka prozora za prijem. Samo tada mreža može odgovoriti.
Klasa Ponašanje Tipična upotreba
A Nakon svakog uplinka otvaraju se dva kratka prozora za prijem (RX1 nakon 1 s, RX2 sekundu kasnije; u TTN-u RX1 nakon 5 s). Inače uređaj spava. Gotovo svi senzori, i terenski testeri
B Dodatni prozori za prijem u utvrđeno vrijeme, sinkronizirani signalima (beaconima) gatewaya. Rijetko
C Sluša gotovo cijelo vrijeme. Velika potrošnja energije. Uređaji s mrežnim napajanjem, npr. aktuatori