Особливості технології LoRaWAN

IoT і технологія LoRaWAN. У чому переваги такого поєдання?

Мережа IoT (Internet of Things, українською «Інтернет речей») – екосистема різноманітних, не пов’язаних між собою пристроїв, які не втручаються в роботу один одного і існують для збору та передачі великого спектру даних. Головною умовою для їхнього успішного функціонування є єдиний протокол передачі даних. Найвідомішими IoT протоколами у світі можна назвати Bluetooth, Wifi, Zigbee, MQTT, NFC, DDS, LTE та LoRaWAN.

LoRaWAN – один з найпопулярніших стандартів передачі даних в мережах широкого радіусу дії з низьким рівнем енергоспоживання пристроїв (Low Power Wide Area Network, LPWAN). Його популяризацією займається міжнародна некомерційна організація LoRa Alliance, ключову роль в якій грають каліфорнійська компанія Semtech (NASDAQ:SMTC) , IBM і Cisco. Вони стоять біля самих витоків появи протоколу LoRaWAN.

Стандарт LoRaWAN є відкритим. Одним з головних його переваг є висококонкурентний ринок постачальників обладнання та сумісність пристроїв від різних виробників (до сервера можна підключити базові станції декількох брендів, а в мережу – увімкнути пристрої відразу декількох вендорів). Відкритість стандарту також виступає для споживача гарантією того, що розробник або постачальник не зможе в односторонньому порядку змінити умови експлуатації, користуючись відсутністю альтернативи, пов’язаною з пропрієтарністю пропонованих їм рішень.

Інтернет речей проти “звичайного” Інтернету

Стандарт зв’язку LoRaWAN (анг. Long Range Wide Area Network, тобто «глобальна мережа далекого радіусу дії») забезпечує мережеву передачу даних на великі відстані. Він призначений для одночасного обслуговування великої кількості малопотужних промислових абонентських пристроїв.

Широковідомі формати бездротового зв’язку GSM / 3G / LTE / WiFi орієнтовані на «живого користувача» і використовують ліцензований спектр радіочастот для надання безперервної передачі даних на високій швидкості та значній ємності мережі на відносно невеликі відстані. LoRaWAN же орієнтований на «користувачів-машин» – пристрої і датчики, які працюють в неліцензованому спектрі (отже, розгортання мережі не вимагає узгодження з чиновниками) і не потребують великого за ємністю каналу для передачі даних.

Сигнал мережі стандарту LoRaWAN, завдяки дальності дії (до 10 кілометрів на відкритій місцевості і 1-2 кілометри від базової станції в умовах міської забудови) і можливості проникати у важкодоступні місця (колодязі, підвали і т.д.) ідеально підходить для малопотужних датчиків і пристроїв. Швидкість і дальність передачі даних можна коригувати за рахунок індивідуальної настройки коефіцієнта розширення спектра (Spreading Factor). Це дозволяє досягти оптимального балансу між швидкістю і дальністю передачі даних і необхідного рівня стікойсті до радіошуму.

Енергоефективність пристроїв

Одним з ключових конкурентних переваг технології є енергоефективність використовуваних LoRa обладнання. У LoRa виділяють 3 класи пристроїв за енергоспоживанням:

А-клас – найекономніший. Пристрої цього класу живляться від батареї декілька років, що досягається за рахунок активності пристрою тільки під час передачі даних за програмованим розкладом. Решту часу пристрій знаходиться в сплячому, енергозберігаючому режимі.

C-клас, навпаки, постійно знаходиться у стані прийому. Саме тому в пристроїв класу С не передбачається живлення від батарейок.

Більшу частину часу В-клас, як і A-клас, перебуває в режимі енергозбереження, але при цьому має деякі можливості для взаємодії з сервером, що притаманні для C-класу.

Як побудована мережа LoRaWAN

Як згадувалося вище, LoRaWAN використовує неліцензовану частину радіочастотного спектру в діапазоні 868,0 – 868,6 МГц (в Україні) та енергозберігаючі технології. Стандарт передбачає наявність базових станцій і абонентських пристроїв, які, за умови автономного живлення, більшу частину часу перебувають в режимі збереження енергії. LoRaWAN датчики «прокидаються» лише для обміну даними з сервером. Це дозволяє виробникам гарантувати експлуатацію IoT-пристрою протягом 5 і навіть 10 років без необхідності заміни батарей.

Схема типової мережі LoRaWAN

У мережі LoRaWAN кінцеві пристрої (радіомодулі) направляють дані на концентратор (шлюз, базова станція). Від базової станції по швидкісному каналу пакети даних передаються на сервер, який, в свою чергу, віддає конкретний тип даних відповідному серверу додатків.

Широковідомі формати бездротового зв’язку GSM / 3G / LTE / WiFi орієнтовані на «живого користувача», LoRaWAN же орієнтований на «користувачів-машин» – пристрої і датчики, які працюють в неліцензованому спектрі (отже, розгортання мережі не вимагає узгодження з чиновниками).

При цьому концентратори в мережі LoRaWAN не впливають на режим взаємодії з мережею кінцевих пристроїв – функцію управління бере на себе мережевий сервер, який одержує від шлюзу LoRaWAN необроблені дані. Інтерпретацією отриманих від мережевого сервера даних займається сервер додатків.

Коли LoRaWAN – правильний вибір

Мережа стандарту LoRaWAN ідеальна там, де через відстані, великі обсяги споживання енергії, дорожнечу трафіку або через відсутність покриття інші мережі не можуть бути використані. Там, де інженерні служби не мають змоги прокладати кабель, виходом із ситуації також стає LoRaWAN антена. Цей стандарт розроблений для підключення пристроїв, які протягом тривалого періоду пересилають на великі відстані малі обсяги інформації при мінімальному споживанні енергії (що позитивно позначається на ціні датчиків). Відкритість стандарту, довготривалість експлуатації мережевого обладнання, висока енергоефективність, відсутність регуляторних бар’єрів і гнучкість рішень роблять LoRaWAN практично ідеальним стандартом Інтернету речей. А простота, з якою можна побудувати мережу LPWAN фактично своїми руками – одним з найбільш затребуваних рішень у багатьох сферах життя.