LoRa in LoRaWAN

Kaj pomenita oba izraza, čemu je LoRaWAN namenjen in kako je omrežje zgrajeno.

Dve plasti

LoRa (iz »Long Range«) je radijska tehnika. Uporablja modulacijo chirp spread spectrum (CSS): vsak simbol je ton, katerega frekvenca preleti celoten kanal. Zato lahko sprejemnik dekodira signale, ki ležijo pod ravnjo šuma. Tehnika izvira iz francoskega podjetja Cycleo, ki ga je Semtech kupil leta 2012. Semtech še danes izdeluje večino radijskih čipov LoRa.

Paket LoRa se začne z enakomernimi chirpi (preambula). V podatkih se vsak chirp začne na drugi frekvenci: ta začetna točka nosi informacijo.

LoRaWAN je omrežni protokol nad njo. Določa, kako se naprave pridružijo omrežju, kako se sporočila šifrirajo in štejejo ter kako omrežje upravlja nastavitve oddajanja. Specifikacija je odprta, vzdržuje jo LoRa Alliance. V uporabi so različice 1.0.x (predvsem 1.0.3 in 1.0.4) in 1.1. Frekvence za posamezne svetovne regije določa ločen dokument, »Regional Parameters«.

Na kratko: LoRa je radijska povezava, LoRaWAN omrežje.

Čemu je LoRaWAN namenjen

Majhne količine podatkov: običajno 10 do 50 bajtov na sporočilo.
Redko pošiljanje: od nekaj minut do nekaj ur med dvema sporočiloma.
Velik doseg: v mestu nekaj kilometrov, na podeželju in ob neposredni vidljivosti veliko več.
Baterijsko delovanje: naprave skoraj ves čas spijo in pogosto delujejo več let.
Ni primeren za govor, slike, krmiljenje v realnem času ali pogoste odgovore napravi.

Kako je omrežje zgrajeno

Naprava ni vezana na en prehod: njen paket sprejme vsak prehod v dosegu. Omrežni strežnik odstrani dvojnike.

Del	Naloga
Končna naprava (vozlišče)	Senzor, sledilnik ali terenski tester. Pošilja uplinke, občasno sprejema downlinke.
Prehod	Sprejema vse, kar sliši hkrati na 8 ali več kanalih, in to nespremenjeno posreduje omrežnemu strežniku. Prehod ne more prebrati koristne vsebine.
Omrežni strežnik (LNS)	Preverja sporočila, odstranjuje dvojnike (ko isti paket sliši več prehodov), izbere prehod za odgovor in upravlja hitrost prenosa podatkov.
Strežnik za pridružitev (join server)	Upravlja ključe, ki se uporabljajo pri pridruževanju naprav.
Aplikacijski strežnik / integracija	Dešifrira koristno vsebino in jo preda aplikaciji prek webhooka, MQTT ali podobnega.

Zato terenski tester za isto sporočilo pogosto prikaže več prehodov.

Uplink in downlink

Uplink: naprava → omrežje. Običajni primer.
Downlink: omrežje → naprava. Mogoč le kmalu po uplinku. Medtem ko prehod oddaja, ne more sprejemati na nobenem kanalu. Downlinkov je zato malo.

Razredi naprav

Razred A: po vsakem uplinku se odpreta dve kratki sprejemni okni. Le takrat lahko omrežje odgovori.

Razred	Delovanje	Tipična uporaba
A	Po vsakem uplinku se odpreta dve kratki sprejemni okni (RX1 po 1 s, RX2 sekundo pozneje; v TTN RX1 po 5 s). Sicer naprava spi.	Skoraj vsi senzorji, tudi terenski testerji
B	Dodatna sprejemna okna ob določenih časih, sinhronizirana s signali beacon prehodov.	Redko
C	Posluša skoraj ves čas. Velika poraba energije.	Naprave z omrežnim napajanjem, npr. aktuatorji