Думаю, многие участники сообщества слышали про LoRa. В этой статье я постараюсь по-простому рассказать про LoRa и LoRaWAN, рассказать про плюсы и минусы и как можно использовать. Я не специалист и могу ошибаться, но постараюсь рассказать максимально правильно.
Зачем нужна LoRa?
Сельское хозяйство, городское управление, логистика - у этих сфер очень большой потенциал для внедрения IoT. Использование IoT устройств в этих сферах помогает снизить издержки, улучшить управление бизнесом, муниципалитетом. Многие фермеры используют сети LoRaWAN для отслеживания состояния полей, местонахождения животных, сельскохозяйственной техники. Один австралийский муниципалитет внедрил у себя систему умного города, основанную на LoRaWAN. Отслеживание заполненности мусорных баков помогло сократить количество поездок для вывоза мусора на 48%. Отслеживание цепочки поставки товаров помогает компаниям управлять бизнесом. Для этих ситуаций LoRaWAN является оптимальным решением, дальше я постараюсь объяснить почему.
Что это вообще такое?
Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee имеют слишком маленький радиус связи, а мобильная связь и Wi-Fi потребляют слишком много энергии, LoRa лишена этих недостатков. Наиболее похожей на LoRa технологией, я бы назвал ZigBee. Коммуникация через ZigBee и LoRa очень энергоэффективна. Обе технологии используются для передачи небольшого количества данных. ZigBee отлично показывает себя на небольших расстояниях, LoRa же создана для коммуникации на большие расстояния. Также они имеют различную топологию сети.
LoRa создана для передачи небольшого количества информации на большие расстояния, довольно редко (обычно, не чаще раз в 10 мин) и очень энергоэффективно. LoRa работает на различных частотах в разных странах. В Европе это 868 МГц. Эти частоты могут быть использованы свободно, хоть и с ограничениями. Можно вещать с мощностью менее 25 мВ и 1% времени. Вещание на такой небольшой мощности позволяет устанавливать связь на километры, в идеальных условиях - даже на сотни километров. Если говорить о реальном использовании, мы можем получить покрытие одной базовой станцией радиуса в 1км в загруженных городских условиях, до 10-15 км в незагруженных условиях.
LoRa и LoRaWAN, разбираемся с путаницей
LoRa (Long Range) обозначает лишь вид модуляции, то есть передачу сигнала между устройствами на физическом уровне, а LoRaWAN (Long Range Wide-Area Network) - это протокол более высокого уровня. LoRaWAN позволяет использовать коммуникацию на большие расстояния с помощью LoRa, для полноценного IoT.
LoRaWAN состоит из конечных устройств, будь то датчики влажности почвы, датчики заполненности мусорных баков, умные счетчики или любые другие устройства. Такие устройства называются ноды - они передают данные, которые принимаются одной или несколькими базовыми станциями. При неправильной настройке ноды (случайной или умышленной), постоянно вещающее устройство может значительно усложнять работу всей сети, вплоть до её блокировки. О том, почему так, и как с этим можно бороться, расскажу в статье про безопасность. Одна базовая станция может принимать данные в 8 канальном режиме, где-то от 1100 устройств. Данные передаются на сетевой сервер, в котором собирается вся информация, полученная базовыми станциями, и дальше она расходится по серверам приложений. Дальше информацию можно свободно использовать, отправлять через MQTT, HTTP или записывать в базы данных.
Сетевой сервер разбирается с дубликатами, так как несколько шлюзов могут получить сообщения от ноды, сервер решает, какое именно сообщение отправлять дальше на сервер приложения и игнорирует все остальные. Получив сообщение от ноды, сервер приложения отправляет подтверждение получения назад к ноде через сетевой сервер. Сетевой сервер выбирает то, через какую базовую станцию будет оптимально передать подтверждение. Также LoRaWAN добавляет шифрование на всех уровнях связи.
LoRaWAN часто просто называют LoRa. Да, немного странно и может путать, но это так. LoRa практически не используется, нужна просто для связи между двумя устройствами, поэтому если кто-то говорит LoRa, скорее всего, он имеет в виду LoRaWAN.
Это лишь маленькая ознакомительная статья, в которой я попытался донести основы. В дальнейшем планирую углубиться в эту тему, рассказать о собственной базовой станции и устройствах для LoRaWAN, также могу рассказать о безопасности. Благодарен за комментарии и вопросы!
Спасибо автору за труд!! 👍
Тема перспективная и интересная.
Спасибо за информацию, жду продолжения.
Не стOит сравнивать LoRa и Zigbee, у них разные области применения. LoRaWAN конкурирует с SigFox, а Zigbee - c Z-wave, Thread, BLE, MySensors. SigFox
обеспечивает еще бОльшую дальность связи, но имеет меньше скорость. И еще отличие, в SigFox надо платить за каждое устройство, годовая подписка больше одного евро.
Может, у автора опечатка, но замечу, что мощность меряется в ваттах, а не в вольтах. А в радиосвязи она часто еще меряется в дБм, децибелах относительно мощности 1 мВт.
Да, действительно опечатка, спасибо.
На счет сравнения с SigFox, да, это верно, они действительно конкуренты. Сравнение с Zigbee было так как это понятная технология и всем знакомая по умному дому. Это ознакомительная статья для заинтересовавшихся, может в будущем расскажу и про SigFox
Спасибо за замечание, действительно опечатка
На счёт сравнения с SigFox действительно всё верно заметили. Сравнивал с Zigbee как с привычной и понятной в сфере умного дома технологией, а так вроде понятно, что они не конкуренты, так как сфера применения совсем разная.
Интересная тема. Буду следить. У самих металлообрабатывающие предприятие. Есть много интересных задумок.
Внедрять игрушки с ZigBee как бы не хотелось, но оказывается глупо, так как площади ощутимо больше квартиры)))