LoRaWAN . คืออะไร?

LoRa และ LoRaWAN คืออะไร?

LoRa เป็นมาตรฐานการสื่อสารใหม่สำหรับ Internet of Things, ซึ่งนิยมใช้สำหรับการส่งข้อมูลสัญญาณขนาดเล็กในระยะทางไกลมาก. เซ็นเซอร์ LoRa มักจะใช้พลังงานต่ำ, การใช้พลังงานต่ำ, และอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน. LoRa is the abbreviation of the word “Long Range”. เป็นมาตรฐานการสื่อสาร Internet of Things รูปแบบใหม่, จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติหลักของ LoRa คือระยะการส่งสัญญาณที่ไกล. LoRa’s signal modulation scheme, พัฒนาโดยเซมเทค, เปิดใช้งานระยะขอบลิงค์ที่ยอดเยี่ยม. LoRa’s signal sensitivity is very high, ดังนั้น LoRa จึงสามารถรักษาการสื่อสารทางไกลได้, แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง. คล้ายกับเทคโนโลยี LPAWAN อื่นๆ เช่น NB-IoT, โดยทั่วไปแล้ว LoRa จะทำงานในอัตราข้อมูลที่ต่ำกว่า, ซึ่งเพิ่มพื้นที่ส่วนหัวของลิงก์. เนื่องจากมีอัตราข้อมูลที่ต่ำ, LoRa ไม่เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการความล่าช้าของข้อมูลสูง.

LoRaWAN เป็นมาตรฐานการสื่อสารของโปรโตคอล LPWAN ที่ใช้ชิป LoRa, ซึ่งออกแบบมาสำหรับการเชื่อมต่อ IoT ระยะไกล. LoRaWAN เดิมเรียกว่า LoRaMAC, ซึ่งเป็นชุดโปรโตคอลการสื่อสารและสถาปัตยกรรมระบบตามการออกแบบเครือข่ายการสื่อสารทางไกล LoRa. ตามโปรโตคอลการสื่อสารแบบดั้งเดิม, LoRaWAN เป็นเลเยอร์ MAC, และ LoRa เป็นชั้นกายภาพ. LoRaWAN เป็นมาตรฐานเครือข่ายแบบเปิด, และการควบคุมการเข้าถึงชั้นดาต้าลิงค์ (MAC) ได้รับการดูแลโดย LoRa Alliance.

เกตเวย์ LoRaWAN และเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ LoRaWAN คืออะไร

เกตเวย์ LoRaWAN เป็นตัวเชื่อมต่อเครือข่าย LoRa, ซึ่งสามารถแปลงโปรโตคอลการสื่อสารเครือข่าย LoRa เป็นโปรโตคอล TCP/IP, และส่งข้อมูลของอุปกรณ์ LoRaWAN ไปยังเครือข่าย. ซึ่งคล้ายกับการตั้งค่าเราเตอร์ไร้สายอุตสาหกรรมเพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ WiFi กับเครือข่าย. เกตเวย์มักถูกปรับใช้โดยผู้ใช้หรือผู้ให้บริการโซลูชัน และมักจะปรับใช้ที่ศูนย์ภูมิภาคระยะไกลโดยไม่มีการครอบคลุมประเภทอื่น.

NS เซิร์ฟเวอร์คลาวด์ LoRaWAN เป็นศูนย์บริการคลาวด์ที่จัดการการเชื่อมต่ออุปกรณ์และการสื่อสาร. เว็บเซิร์ฟเวอร์สามารถเป็นเซิร์ฟเวอร์จริงหรือเซิร์ฟเวอร์คลาวด์. เมื่อเว็บเซิร์ฟเวอร์อยู่ในคลาวด์เหมือนบริการโฮสติ้ง, the gateway operates in a so-called “packet forwarding” mode, ซึ่งเพิ่งส่งแพ็กเก็ตข้อมูล LoRa เดิมทั้งหมดในอากาศไปยังเว็บเซิร์ฟเวอร์และเว็บเซิร์ฟเวอร์. ในโหมดนี้, ข้อมูลทั้งหมดเช่นการเข้ารหัสข้อมูลและการถอดรหัสแพ็กเก็ต, การจัดการอุปกรณ์และการเชื่อมต่อ, การวิเคราะห์และประมวลผลข้อมูลถูกเก็บไว้ใน ECS, ซึ่งทำให้ง่ายต่อการจัดการและอัพเกรดเซิร์ฟเวอร์ และง่ายต่อการอ่านและประมวลผลข้อมูล.

LoRaWAN ทำงานอย่างไร

ในแง่ของโครงสร้างเครือข่าย, LoRaWAN’s wireless protocol is very simple. โครงสร้างเครือข่ายของมันคือโทโพโลยีแบบดาว, ซึ่งเอื้อต่ออุปกรณ์ปลายทาง LoRaWAN เพื่อเพิ่มช่วงการสื่อสารและลดการใช้พลังงาน. หลังจากการสาธิตและทดสอบ, โครงสร้างดาวนี้เหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ที่มีการใช้พลังงานต่ำและพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าโครงสร้างกริด.

โครงร่างเครือข่ายของโทโพโลยีแบบดาวคือโหมดการประมวลผลข้อมูลส่วนกลาง. อุปกรณ์ปลายทาง LoRaWAN แต่ละตัวจะส่งข้อมูลไปยังเกตเวย์ LoRaWAN หลายตัว, แล้วเกตเวย์ LoRaWAN จะส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์กลาง. เซิร์ฟเวอร์ส่วนกลางจัดการและประมวลผลข้อมูลที่รวบรวมจากส่วนกลาง, และเซิร์ฟเวอร์จะทำการกำหนดเวลาข้อความให้สมบูรณ์, การตรวจสอบความปลอดภัย, และการตรวจจับความซ้ำซ้อนของข้อมูล. เซิร์ฟเวอร์กลางดึงข้อมูลบางอย่างของอุปกรณ์ปลายทาง LoRaWAN ตามข้อมูลเพื่อให้ LoRaWAN สามารถตอบสนองได้.

ข้อดีสองประการที่ชัดเจนของโปรโตคอล LoRaWAN

1. การติดตามที่สะดวกยิ่งขึ้น: เกตเวย์ไม่จำเป็นต้องสื่อสารกัน. ข้อมูลของโหนดปลายทางกำลังออกอากาศ. สามารถรับสัญญาณของโหนดปลายทางได้จากหลายเกตเวย์. ทิศทางและตำแหน่งของโหนดปลายทางสามารถกำหนดได้คร่าวๆ ตามความแตกต่างของเวลาระหว่างข้อมูลที่ได้รับจากเกตเวย์. ตรรกะและอัลกอริทึมนี้ค่อนข้างง่าย.
2. ลิงค์ข้อมูลที่ง่ายกว่า: เกตเวย์ถูกใช้เป็นสะพานเพื่อรับรู้การรับส่งข้อมูลระหว่างเทอร์มินัลโหนดและเซิร์ฟเวอร์เท่านั้น. ไม่มีการสื่อสารระหว่างเกตเวย์กับเกตเวย์, และลิงค์ข้อมูลก็สดและเรียบง่าย.

ประเภทอุปกรณ์ LoRaWAN: คลาสเอ, คลาส B และคลาส C

คลาส A เป็นการดำเนินการแบบอะซิงโครนัส. ลักษณะของการดำเนินการแบบอะซิงโครนัสคือไม่จำเป็นต้องเข้าคิวเหมือนการดำเนินการแบบซิงโครนัส. เมื่อเทอร์มินัลโหนดต้องการส่งข้อมูล, มันจะเชื่อมต่อกับเกตเวย์, แทนที่จะรอเวลาที่กำหนดหรือเข้าคิวเพื่อให้งานเธรดเสร็จสิ้น. โหนดเทอร์มินัลอยู่ในสถานะสลีปก่อนส่งข้อมูล. หลังจากโหนดเสร็จสิ้นการส่งสัญญาณ, มันจะเข้าสู่โหมดสลีปทันที. เมื่อโหนดใดโหนดหนึ่งส่งข้อมูลเสร็จสิ้น, อีกตัวสามารถเริ่มส่งได้ทันที. ไม่มีช่องว่างในการสื่อสาร. เนื่องจากคลาส A เป็นการส่งสัญญาณแบบอะซิงโครนัส, หลีกเลี่ยงไม่ได้. ความจุสูงสุดตามทฤษฎีของเครือข่าย Aloha ล้วนๆ อยู่ที่ประมาณ 18.4% สูงสุด. หากสองโหนดตื่นขึ้นมาพร้อมกันและตัดสินใจส่งสัญญาณในช่องเดียวกันโดยใช้การตั้งค่าวิทยุเดียวกัน, พวกเขาจะชนและชนกัน.

คลาส B อนุญาตให้ส่งข้อมูลไปยังโหนดปลายทาง. เกตเวย์ LoRaWAN ส่งบีคอนทุกๆ 128 วินาที. สถานีฐาน LoRaWAN ทั้งหมดยังส่งข้อความบีคอน. นาฬิกาภายในของพวกเขาเป็นแบบซิงโครนัสและเป็นของหนึ่งพัลส์ต่อวินาที (1PPS). ดาวเทียมซิงโครไนซ์ในวงโคจรจะส่งข้อความที่จุดเริ่มต้นของแต่ละวินาที, ซึ่งสามารถประสานเวลาได้ทั่วโลก. สถานีฐาน Lora Wan ขึ้นอยู่กับเวลาการซิงโครไนซ์นี้ด้วย. ทุกสัญญาณที่ส่งโดยเกตเวย์จะจัดสรรช่วงเวลาของ 128 วินาทีเพื่อบอกโหนดเมื่อได้รับสัญญาณ.

คลาส C ช่วยให้โหนดสามารถฟังได้นานโดยไม่ต้องพักเครื่องและสามารถส่งข้อความดาวน์ลิงค์ได้ตลอดเวลา. Class C อยู่ในสถานะ Wake-up เป็นเวลานานและจำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อรักษาสถานะ Wake-up ของโหนดเพื่อตรวจสอบสัญญาณที่ได้รับแบบเรียลไทม์. คลาส C ทั้งหมดใช้พลังงานมากและไม่เหมาะกับแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่. ส่วนใหญ่จะใช้ในสถานการณ์ที่แหล่งจ่ายไฟสามารถมีเสถียรภาพ.

ทำไมต้องใช้ LoRaWAN แทน WiFi, บลูทู ธ, Zigbee, และอื่น ๆ

LoRaWAN มีสถานการณ์การใช้งานของตัวเองด้วย WiFi, บลูทู ธ, ZigBee, โทรศัพท์มือถือ, ฯลฯ. ในการส่งทางไกล, LoRaWAN มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนกว่าตัวอื่นๆ. WiFi, ZigBee และ Bluetooth ใช้คลื่นความถี่ 2.4GHz. ข้อดีของสเปกตรัมนี้คือสามารถส่งข้อมูลจำนวนมากและความเร็วที่รวดเร็ว, แต่ไม่ใช่ทางเลือกที่ดีสำหรับเซ็นเซอร์ไร้สาย.

1. คลื่นความถี่ 2.4GHz จะอ่อนลงอย่างรวดเร็วในอากาศ. เซ็นเซอร์เครือข่ายของโปรโตคอลการสื่อสารนี้มักจะมีช่วงการเชื่อมต่อที่สั้นมาก, และการเจาะทางกายภาพของคลื่นความถี่ 2.4GHz นั้นแย่มาก. สัญญาณส่วนใหญ่ไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางบนถนนอื่นๆ เช่น กำแพงอาคาร. ในชีวิตประจำวัน, ในมุมหรือพื้นที่ปิด เช่น ห้องใต้ดินหรือห้องน้ำ, สัญญาณ WiFi ในห้องโถงจะอ่อนมากหรือหายไปโดยทั่วไป. ระบบอัตโนมัติในบ้านที่ใช้โปรโตคอลเช่น Zigbee มักจะพบว่าไม่สามารถเชื่อมต่อกับห้องถัดไปได้. ในทางกลับกัน, อุปกรณ์ LoRa สามารถเข้าถึงระยะทางหลายไมล์ในสภาพแวดล้อมแบบเปิดโล่ง และสามารถทำงานได้ดีผ่านสิ่งกีดขวาง เช่น อาคารหรืออุปกรณ์.
2. the 2.4GHz spectrum is very “noisy”, ซึ่งหมายความว่ามีอุปกรณ์ 2.4GHz รอบตัวเราแข่งขันกันเรื่องเวลาออกอากาศ, ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของลิงค์. ความถี่ในการทำงานของ LoRa ในสหรัฐอเมริกาคือ 915MHz, ดังนั้นจึงไม่รบกวน WiFi ในพื้นที่และอุปกรณ์ไร้สายอื่นๆ ส่วนใหญ่.
3. WiFi, โปรโตคอลการสื่อสารเครือข่าย, การจัดการคีย์และการป้องกันและควบคุมความปลอดภัยเครือข่ายแย่มาก, และไม่สะดวกในการใช้งานหลายครั้ง. ตัวอย่างเช่น, หากเราเตอร์ WiFi ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์หลายเครื่องต้องการเปลี่ยนรหัสผ่านการเชื่อมต่อ, คุณต้องเปลี่ยนรหัสผ่านการเชื่อมต่อของอุปกรณ์ปลายทาง WiFi ที่เชื่อมต่อทั้งหมด. อย่างไรก็ตาม, หากอุปกรณ์ปลายทาง WiFi เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่ไม่ตรงกับผู้ใช้, เป็นการยากที่จะเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ WiFi ที่เปลี่ยนรหัสผ่าน. ในชีวิต, โดยทั่วไปจะใช้ WiFi บนสมาร์ทโฟน, สมาร์ททีวี, แล็ปท็อปและอุปกรณ์อื่นๆ. อุปกรณ์เหล่านี้มีหน้าจอแสดงผลและไลบรารี่เพื่อเปลี่ยนรหัสผ่านอย่างง่ายดาย. แต่การเชื่อมต่อเราเตอร์ WiFi ใหม่นั้นเป็นเรื่องยากมากสำหรับเซ็นเซอร์แบบธรรมดาที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่. ในทางกลับกัน, LoRaWAN กำหนดค่าและปกป้องอุปกรณ์ด้วยวิธีต่างๆ. คีย์ไม่ใช่รหัสผ่านเดียวที่กำหนดไว้บนเว็บเซิร์ฟเวอร์, แต่ได้มาจากตัวเซ็นเซอร์เองและมีค่าเฉพาะที่สามารถจัดหาได้บนเว็บเซิร์ฟเวอร์ (มักจะอยู่ในคลาวด์). เซ็นเซอร์บริดจ์วิทยุทั้งหมดมี ID/คีย์คู่ที่ไม่ซ้ำกัน, เปิดใช้งานการกำหนดค่าความปลอดภัยและการจัดการที่มีประสิทธิภาพ.
4. ปริมาณการใช้แบตเตอรี่ของอุปกรณ์ปลายทางเช่น WiFi, บลูทู ธ, ZigBee และอุปกรณ์มือถือค่อนข้างสูง. อุปกรณ์เหล่านี้ส่งข้อมูลสัญญาณจำนวนมาก, และสเปกตรัมอ่อนลงอย่างรวดเร็ว, และกำลังส่งค่อนข้างสูง, เพื่อให้แน่ใจว่าความคุ้มครองบางอย่าง. อุปกรณ์เหล่านี้ต้องรักษาการสื่อสารอย่างสม่ำเสมอกับเกตเวย์หรือสถานีฐาน เพื่อรักษาสถานะการเชื่อมต่อ. ในทางกลับกัน, อุปกรณ์ LoRaWAN สามารถเข้าสู่โหมดหลับลึกและปลุกได้เฉพาะเมื่อจำเป็นเพื่อส่งเพื่อส่งกิจกรรมใหม่. ในการใช้งานส่วนใหญ่, ทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานที่สุด 5 ถึง 10 ปี.

LoRa เป็นเทคโนโลยีการปรับคลื่นวิทยุที่ใช้สำหรับเครือข่าย LAN ไร้สายในหมวดเทคโนโลยีเครือข่าย LPWA. LoRaWAN เป็นเครือข่าย (มาตรการ) ที่ใช้ LoRa.

มองไปสู่อนาคตของ LoRaWAN

อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ที่ใช้พลังงานต่ำนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้างเมืองอัจฉริยะ. ด้วยการสร้างเมืองอัจฉริยะอย่างล้ำลึก, แอปพลิเคชันการรับรู้ในเมืองจะได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ. แอปพลิเคชั่น Internet of Things ประเภทนี้มีจุดพิเศษ: การเชื่อมต่อที่ยิ่งใหญ่, ความถี่ในการสื่อสารต่ำ, การใช้พลังงานต่ำ, สภาพแวดล้อมที่ครอบคลุมที่ซับซ้อนและความอ่อนไหวด้านต้นทุนสูง. ดังนั้น, อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ที่ใช้พลังงานต่ำเหมาะสำหรับการรับรู้ในเมือง อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ระบบแอปพลิเคชัน.

เหตุใดเทคโนโลยี LoRa จึงดึงดูดความสนใจของอุตสาหกรรม? เทคโนโลยี LoRa มีโอกาสในการใช้งานที่หลากหลายในหลาย ๆ ด้าน ด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมและรูปแบบเครือข่ายที่ยืดหยุ่น. นอกจากนี้, สถาปัตยกรรมการใช้งานของการส่งสัญญาณทางไกล LoRa, สามโหมดพฤติกรรมของ LoRaWAN, และสถาปัตยกรรมทั่วไปและแอปพลิเคชันของ LoRa. นอกจากระบบตรวจสอบควันไฟ, ระบบตรวจสอบสภาพแวดล้อมพลังงาน, ระบบตรวจสอบการประหยัดพลังงานเครื่องปรับอากาศและระบบตรวจสอบการดูแลอัจฉริยะ, การเผยแพร่อินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ควรขึ้นอยู่กับผู้คน. ความปลอดภัยในชีวิต, การขนส่งและการรักษาพยาบาล, มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม, ปัญหาด้านอาหารและทรัพยากรมนุษย์ล้วนเป็นการใช้งานอินเทอร์เน็ตในแนวดิ่งของสิ่งต่าง ๆ ที่มีความกังวลอย่างกว้างขวางมาเป็นเวลานาน, LoRa มีข้อได้เปรียบมากกว่าเทคโนโลยีการสื่อสารอื่นๆ ในสถานการณ์เหล่านี้.

ยุคของการเชื่อมต่อระหว่างกันของทุกสิ่งยังเป็นยุคของข้อมูลในฐานะกษัตริย์. อย่างไรก็ตาม, ในหลายกรณี, หากวัตถุอัจฉริยะไม่มีข้อมูลตำแหน่งที่สอดคล้องกัน, it means that the data is “chaotic” and the available value will be greatly reduced. ด้วยการพัฒนาอย่างแข็งแกร่งของอุตสาหกรรม Internet of Things ในช่วงสองปีที่ผ่านมา, ความต้องการเทคโนโลยีการกำหนดตำแหน่งในสถานการณ์การใช้งานอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ ก็เพิ่มขึ้นอย่างมากเช่นกัน. ในปัจจุบัน, มีเทคโนโลยีการจัดตำแหน่งเป็นสิบหรือหลายร้อยประเภท, และเทคโนโลยีการกำหนดตำแหน่งแต่ละอย่างมีข้อดีและข้อเสียของตัวเองและสถานการณ์การใช้งานที่เหมาะสม.

LoRa ใช้ได้กับพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูงและมีลักษณะที่ค่อนข้างเป็นอิสระ, สัญญาณแรงขึ้นและต้นทุนที่ต่ำกว่า. ดังนั้น, LoRa จะต้องมีตำแหน่งในตลาดทะเลสีฟ้าในอนาคตของ Internet of Things. สำหรับโอกาสในการพัฒนาในอนาคตของ LoRa, ยังคงขึ้นอยู่กับการส่งเสริมร่วมกันของคนในอุตสาหกรรม.