LoRa és LoRaWAN

Mit jelent a két fogalom, mire készült a LoRaWAN, és hogyan épül fel egy hálózat.

Két réteg

A LoRa (a „Long Range”, azaz nagy hatótávolság kifejezésből) a rádiós eljárás. Csirp szórt spektrumú modulációt (CSS, chirp spread spectrum) használ: minden szimbólum egy hang, amely végigfut a teljes csatornán. Így a vevő olyan jeleket is dekódolni tud, amelyek a zajszint alatt vannak. Az eljárás a francia Cycleo cégtől származik, amelyet a Semtech 2012-ben vásárolt meg. A legtöbb LoRa rádiós chipet ma is a Semtech gyártja.

Egy LoRa-csomag szabályos csirpekkel kezdődik (ez a preambulum). Az adatokban minden csirp más frekvencián indul: ez a kezdőpont hordozza az információt.

A LoRaWAN az erre épülő hálózati protokoll. Meghatározza, hogyan csatlakoznak az eszközök, hogyan titkosítják és számozzák az üzeneteket, és hogyan szabályozza a hálózat az adási beállításokat. A specifikáció nyílt, és a LoRa Alliance gondozza. Az 1.0.x (főleg az 1.0.3 és az 1.0.4) és az 1.1 verzió van használatban. Az egyes világrégiók frekvenciáit külön dokumentum, a „Regional Parameters” határozza meg.

Röviden: a LoRa a rádiókapcsolat, a LoRaWAN a hálózat.

Mire készült a LoRaWAN

Kis adatmennyiség: üzenetenként jellemzően 10–50 bájt.
Ritka küldés: két üzenet között percek vagy órák telnek el.
Nagy hatótávolság: városban néhány kilométer, vidéken és rálátással jóval több.
Elemes működés: az eszközök szinte végig alszanak, és gyakran több évig működnek.
Nem alkalmas hangra, képekre, valós idejű vezérlésre vagy az eszköznek küldött gyakori válaszokra.

Hogyan épül fel egy hálózat

Egy eszköz nincs egy gatewayhez kötve: minden hatótávolságon belüli gateway veszi a csomagját. A hálózati szerver eltávolítja a duplikátumokat.

Elem	Feladat
Végeszköz (node)	Szenzor, tracker vagy terepi teszter. Uplinkeket küld, időnként downlinkeket fogad.
Gateway	Egyszerre 8 vagy több csatornán vesz mindent, amit hall, és változatlanul továbbítja a hálózati szervernek. A gateway nem tudja elolvasni a hasznos adatot.
Hálózati szerver (LNS)	Ellenőrzi az üzeneteket, eltávolítja a duplikátumokat (ha több gateway hallja ugyanazt a csomagot), kiválasztja a válaszhoz a gatewayt, és szabályozza az adatsebességet.
Join szerver	Kezeli a kulcsokat, amelyeket az eszközök a csatlakozáskor használnak.
Alkalmazásszerver / integráció	Visszafejti a hasznos adatot, és webhookon, MQTT-n vagy hasonló módon átadja az alkalmazásnak.

Ezért mutat egy terepi teszter gyakran több gatewayt ugyanarra az üzenetre.

Uplink és downlink

Uplink: eszköz → hálózat. Ez a szokásos eset.
Downlink: hálózat → eszköz. Csak röviddel egy uplink után lehetséges. Amíg egy gateway ad, egyik csatornán sem tud venni. A downlinkek ezért szűkösek.

Eszközosztályok

A osztály: minden uplink után két rövid vételi ablak nyílik. A hálózat csak ekkor tud válaszolni.

Osztály	Viselkedés	Jellemző felhasználás
A	Minden uplink után két rövid vételi ablak nyílik (RX1 1 s után, RX2 egy másodperccel később; a TTN-en RX1 5 s után). Egyébként az eszköz alszik.	Szinte minden szenzor, a terepi teszterek is
B	További vételi ablakok rögzített időpontokban, a gatewayek beaconjeivel szinkronizálva.	Ritka
C	Szinte folyamatosan figyel. Nagy energiafogyasztás.	Hálózati tápellátású eszközök, pl. beavatkozók