fieldtester.io

LoRa og LoRaWAN

Hva de to begrepene står for, hva LoRaWAN er laget for, og hvordan et nett er bygd opp.

To lag

LoRa (fra «Long Range») er radioteknikken. Den bruker chirp spread spectrum-modulasjon (CSS): Hvert symbol er en tone som sveiper over hele kanalen. Det gjør at en mottaker kan dekode signaler som ligger under støynivået. Teknikken kommer fra det franske selskapet Cycleo, som Semtech kjøpte i 2012. Semtech lager fortsatt de fleste LoRa-radiobrikkene i dag.

TidFrekvens125 kHzPreambelData
En LoRa-pakke begynner med jevne chirper (preambelen). I dataene begynner hver chirp på en annen frekvens: Dette startpunktet bærer informasjonen.

LoRaWAN er nettverksprotokollen som ligger oppå. Den definerer hvordan enheter kobler seg til, hvordan meldinger krypteres og telles, og hvordan nettet styrer sendeinnstillingene. Spesifikasjonen er åpen og vedlikeholdes av LoRa Alliance. Versjonene 1.0.x (hovedsakelig 1.0.3 og 1.0.4) og 1.1 er i bruk. Frekvensene for hver verdensregion er fastsatt i et eget dokument, «Regional Parameters».

Kort sagt: LoRa er radioforbindelsen, LoRaWAN er nettet.

Hva LoRaWAN er laget for

  • Små datamengder: typisk 10 til 50 byte per melding.
  • Sjelden sending: minutter til timer mellom to meldinger.
  • Lang rekkevidde: noen kilometer i en by, mye mer på landsbygda og med fri sikt.
  • Batteridrift: Enhetene sover nesten hele tiden og går ofte i flere år.
  • Ikke egnet for tale, bilder, sanntidsstyring eller hyppige svar til enheten.

Hvordan et nett er bygd opp

SensorFelttesterTrackerGatewayGatewayNettverks-serverApplikasjonfieldtester.ioLoRa-radioInternett
En enhet er ikke bundet til én gateway: Hver gateway innen rekkevidde mottar pakken. Nettverksserveren fjerner duplikatene.
Del Oppgave
Sluttenhet (node) Sensor, tracker eller felttester. Sender uplinker, mottar av og til downlinker.
Gateway Mottar alt den hører på 8 eller flere kanaler samtidig og sender det uendret videre til nettverksserveren. En gateway kan ikke lese nyttelasten.
Nettverksserver (LNS) Kontrollerer meldingene, fjerner duplikater (når flere gatewayer hører samme pakke), velger gatewayen for svaret og styrer datahastigheten.
Join-server Forvalter nøklene som brukes når enheter kobler seg til.
Applikasjonsserver / integrasjon Dekrypterer nyttelasten og leverer den til applikasjonen via webhook, MQTT eller lignende.

Derfor viser en felttester ofte flere gatewayer for samme melding.

Uplink og downlink

  • Uplink: enhet → nett. Det vanlige tilfellet.
  • Downlink: nett → enhet. Bare mulig kort tid etter en uplink. Mens en gateway sender, kan den ikke motta på noen kanal. Downlinker er derfor knappe.

Enhetsklasser

UplinkRX1RX21 s (TTN: 5 s)+1 senheten lytter bare i de to vindueneså hvile
Klasse A: Etter hver uplink åpnes to korte mottaksvinduer. Bare da kan nettet svare.
Klasse Oppførsel Typisk bruk
A Etter hver uplink åpnes to korte mottaksvinduer (RX1 etter 1 s, RX2 ett sekund senere; på TTN RX1 etter 5 s). Ellers sover enheten. Nesten alle sensorer, også felttestere
B Ekstra mottaksvinduer til faste tider, synkronisert med beacons fra gatewayene. Sjelden
C Lytter nesten hele tiden. Høyt strømforbruk. Enheter med nettstrøm, f.eks. aktuatorer