LoRa และ LoRaWAN

ความหมายของทั้งสองคำ LoRaWAN สร้างมาเพื่ออะไร และเครือข่ายประกอบขึ้นอย่างไร

สองชั้น

LoRa (มาจาก “Long Range”) คือเทคนิคทางวิทยุ ใช้การมอดูเลตแบบ chirp spread spectrum (CSS): แต่ละสัญลักษณ์เป็นโทนเสียงที่กวาดผ่านทั้งช่องสัญญาณ ทำให้เครื่องรับถอดรหัสสัญญาณที่อยู่ต่ำกว่าระดับสัญญาณรบกวนได้ เทคนิคนี้มาจากบริษัท Cycleo ของฝรั่งเศส ซึ่ง Semtech ซื้อกิจการไปในปี 2012 ปัจจุบัน Semtech ยังคงผลิตชิปวิทยุ LoRa ส่วนใหญ่

แพ็กเก็ต LoRa เริ่มด้วย chirp ที่สม่ำเสมอ (พรีแอมเบิล) ในส่วนข้อมูล แต่ละ chirp เริ่มที่ความถี่ต่างกัน และจุดเริ่มต้นนี้คือสิ่งที่นำข้อมูล

LoRaWAN คือโปรโตคอลเครือข่ายที่อยู่ชั้นบน กำหนดว่าอุปกรณ์เข้าร่วมเครือข่ายอย่างไร ข้อความถูกเข้ารหัสและนับอย่างไร และเครือข่ายควบคุมการตั้งค่าการส่งอย่างไร ข้อกำหนดนี้เปิดเผยและดูแลโดย LoRa Alliance เวอร์ชันที่ใช้งานอยู่คือ 1.0.x (ส่วนใหญ่ 1.0.3 และ 1.0.4) และ 1.1 ความถี่ของแต่ละภูมิภาคของโลกกำหนดไว้ในเอกสารแยกต่างหากชื่อ “Regional Parameters”

สรุปสั้น ๆ: LoRa คือการเชื่อมต่อทางวิทยุ LoRaWAN คือเครือข่าย

LoRaWAN สร้างมาเพื่ออะไร

ข้อมูลปริมาณน้อย: โดยทั่วไป 10 ถึง 50 ไบต์ต่อข้อความ
ส่งไม่บ่อย: ห่างกันเป็นนาทีถึงชั่วโมงระหว่างสองข้อความ
ระยะไกล: ไม่กี่กิโลเมตรในเมือง ไกลกว่านั้นมากในชนบทและเมื่อมองเห็นกันโดยตรง
ใช้แบตเตอรี่: อุปกรณ์อยู่ในโหมดพักเกือบตลอดเวลาและมักใช้งานได้หลายปี
ไม่เหมาะ สำหรับเสียง ภาพ การควบคุมแบบเรียลไทม์ หรือการตอบกลับไปยังอุปกรณ์บ่อย ๆ

เครือข่ายประกอบขึ้นอย่างไร

อุปกรณ์ไม่ได้ผูกกับเกตเวย์ตัวใดตัวหนึ่ง: ทุกเกตเวย์ที่อยู่ในระยะจะรับแพ็กเก็ตของมัน เซิร์ฟเวอร์เครือข่ายจะลบรายการซ้ำออก

ส่วนประกอบ	หน้าที่
อุปกรณ์ปลายทาง (โหนด)	เซนเซอร์ ตัวติดตาม หรือเครื่องทดสอบภาคสนาม ส่งอัปลิงก์ และรับดาวน์ลิงก์เป็นครั้งคราว
เกตเวย์	รับทุกอย่างที่ได้ยินบน 8 ช่องสัญญาณขึ้นไปพร้อมกัน และส่งต่อไปยังเซิร์ฟเวอร์เครือข่ายโดยไม่เปลี่ยนแปลง เกตเวย์อ่านเพย์โหลดไม่ได้
เซิร์ฟเวอร์เครือข่าย (LNS)	ตรวจสอบข้อความ ลบรายการซ้ำ (เมื่อหลายเกตเวย์ได้ยินแพ็กเก็ตเดียวกัน) เลือกเกตเวย์สำหรับการตอบกลับ และควบคุมอัตราข้อมูล
เซิร์ฟเวอร์ Join	จัดการคีย์ที่ใช้เมื่ออุปกรณ์เข้าร่วมเครือข่าย
เซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชัน / การเชื่อมต่อ	ถอดรหัสเพย์โหลดและส่งให้แอปพลิเคชันผ่าน webhook, MQTT หรือวิธีที่คล้ายกัน

นี่คือเหตุผลที่เครื่องทดสอบภาคสนามมักแสดงหลายเกตเวย์สำหรับข้อความเดียวกัน

อัปลิงก์และดาวน์ลิงก์

อัปลิงก์: อุปกรณ์ → เครือข่าย กรณีปกติ
ดาวน์ลิงก์: เครือข่าย → อุปกรณ์ ทำได้เฉพาะช่วงสั้น ๆ หลังอัปลิงก์ ขณะที่เกตเวย์กำลังส่ง จะรับบนช่องสัญญาณใดไม่ได้เลย ดาวน์ลิงก์จึงมีจำกัด

คลาสของอุปกรณ์

คลาส A: หลังทุกอัปลิงก์จะเปิดหน้าต่างรับสั้น ๆ สองช่วง เฉพาะตอนนั้นเครือข่ายจึงตอบกลับได้

คลาส	พฤติกรรม	การใช้งานทั่วไป
A	หลังทุกอัปลิงก์จะเปิดหน้าต่างรับสั้น ๆ สองช่วง (RX1 หลัง 1 s, RX2 หลังจากนั้นหนึ่งวินาที; บน TTN RX1 หลัง 5 s) นอกนั้นอุปกรณ์อยู่ในโหมดพัก	เซนเซอร์เกือบทั้งหมด รวมถึงเครื่องทดสอบภาคสนาม
B	มีหน้าต่างรับเพิ่มเติมในเวลาที่กำหนด ซิงโครไนซ์ด้วยบีคอนจากเกตเวย์	พบน้อย
C	ฟังเกือบตลอดเวลา ใช้พลังงานสูง	อุปกรณ์ที่ใช้ไฟบ้าน เช่น แอกชูเอเตอร์