Особенности технологии LoRaWAN

Обзор технологии LoRa

Сеть IoT (Internet of Things – Интернет вещей ) – экосистема физически не связанных между собой устройств, которые передают друг другу информацию по единому протоколу передачи данных.

Открытый стандарт беспроводной связи LoRa – один из ключевых протоколов в сетях широкого радиуса действия с низким уровнем энергопотребления (LPWAN). Популяризацией этой LPWAN сети занимается международная некоммерческая организация LoRa Alliance, где ключевую роль играют компании Semtech, IBM и Cisco, стоящие у самых истоков появления LoRaWAN.

Одним из главных преимуществ применения этого стандарта Интернета вещей является высококонкурентный рынок поставщиков оборудования и полная совместимость устройств разных производителей. К серверу можно подключить разные базовые станции, а в сеть включить датчики LoRaWAN сразу нескольких вендоров. Открытость стандарта также выступает для потребителя гарантией того, что разработчик или поставщик не сможет в одностороннем порядке изменить условия сотрудничества, пользуясь отсутствием альтернативы в связи с проприетарностью предлагаемых им решений. Нужно упомянуть, что одно из преимуществ, которые имеет та же базовая станция LoRaWAN – цена: тоже результат высоконкурентного рынка.

Интернет вещей против «обычного» Интернета

Стандарт связи LoRaWAN (англ. Long Range Wide Area Network – глобальная сеть дальнего радиуса действия) обеспечивает сетевой принцип передачи данных на большие расстояния. Он предназначен для одновременного обслуживания огромного числа маломощных, промышленных абонентских устройств.

Широко известные форматы беспроводной связи GSM/3G/LTE/WiFi ориентированы на «живого пользователя» и используют лицензируемый спектр радиочастот для предоставления постоянной скорости передачи данных на относительно небольшие расстояния. LoRaWAN же ориентирован на «пользователей-машин» – устройства и датчики, которые работают в нелицензируемом спектре (следовательно, развертывание сети не требует согласования с чиновниками) и не требуют большого по емкости канала для передачи данных.

Сигнал сети стандарта LoRaWAN идеально подходит для маломощных датчиков и устройств. Его дальность действия достигает 10 километров на открытой местности и 1-2 километра от LoRaWAN антенны в условиях городской застройки, он также может проникать в труднодоступные места (колодцы, подвалы и т.д.)  При этом скорость передачи LoRa и уровень помехозащищенности можно корректировать за счет индивидуальной настройки коэффициента расширения спектра (Spreading Factor). 

Энергоэффективность LoRaWAN датчиков

Одним из ключевых конкурентных преимуществ технологии является энергоэффективность LoRa оборудования. В LoRa выделяют 3 класса устройств по энергопотреблению: A, B и C.

А-класс – самый экономный. Устройства класса А питаются от батареи несколько лет. Это достигается за счет активности устройства только во время передачи данных по расписанию (остальное время оно находится в спящем, энергосберегающем режиме).

C-класс, напротив, постоянно находится в состоянии приёма. В связи с этим в устройств класса С не предусмотрено батарейное питание.

В-класс устройств большую часть времени, как и A-класс, находится в энергосберегающем режиме, но при этом имеет некоторые возможности для взаимодействия с сервером, присущие C-классу.

Как устроена сеть LoRaWAN

Как упоминалось выше, LoRaWAN использует нелицензируемую часть радиочастотного спектра в диапазоне 868,0 — 868,6 МГц. Стандарт предусматривает наличие базовых станций и абонентских устройств, которые, при условии автономного питания, большую часть времени находятся в энергосберегающем режиме. Устройства «просыпаются» лишь для обмена данными с сервером через шлюз LoRaWAN. Это позволяет производителю гарантировать работоспособность IoT-устройства на протяжении 5 и даже 10 лет без необходимости замены батарей.

Известные форматы беспроводной связи GSM/3G/LTE/WiFi ориентированы на «живого пользователя», LoRaWAN же ориентирован на «пользователей-машин» – устройства и датчики, которые работают в нелицензируемом спектре.

В сети LoRaWAN конечные устройства (радиомодули) направляют данные на концентратор (шлюз, базовая станция). От базовой станции по скоростному каналу пакеты данных передаются на сервер, который, в свою очередь, отдает конкретный тип данных соответствующему серверу приложений.

При этом концентраторы в сети LoRaWAN не влияют на режим взаимодействия с сетью конечных устройств – функцию управления берет на себя сетевой сервер (network server), получающий от базовой станции необработанные данные. Интерпретацией полученных от сетевого сервера данных занимается сервер приложений (application server).

Применение LoRaWAN в Интернете вещей

Сеть стандарта LoRaWAN идеальна там, где из-за расстояний, энергозатратности, дороговизны трафика или отсутствия покрытия другие сети не могут быть использованы. Там, где многие инженерные службы не желают прокладывать кабель, выходом из ситуации также становится LoRaWAN. Этот стандарт разработан для подключения устройств, которые на протяжении длительного периода пересылают на большие расстояния малые объемы информации при минимальном потреблении энергии (что позитивно сказывается на цене конечного устройства). Открытость стандарта, долговечность, высокая энергоэффективность, отсутствие регуляторных барьеров и гибкость решений делают LoRaWAN практически идеальным стандартом Интернета вещей. А простота, с которой можно построить сеть LPWAN своими руками – позволяют назвать сеть LoRaWAN одной из самых затребованных IoT решений во многих сферах жизни.