Технология LoRa

LoRa (Long Range) – технология передачи данных на большие расстояния с минимальными затратами энергии.

Какие решения можно строить на технологии LoRa?

LoRa технология применяется для решений, где необходимо собирать данные о состоянии или отдавать управляющие команды на исполнение в заданный интервал времени.

Сегодня самое широкое применение LORA находит в управлении зданиями для считывания параметров метрических устройств: счетчики света, воды, газа.
В сельском хозяйстве — для сбора данных о почве, метеорологические данные.
В промышленности — для сбора и управления приборами и сенсорами, мониторинга перемещения людей и техники. Например, устройство позиционирования LORA tracker, использующее технологию Lora ,совмещающее в себе:

• GPS трекер для позиционирования внутри помещений,
• акселерометр,
• кнопку вызова,
• звуковой сигнал,
• датчик движения,
• беспроводную зарядку,
• приемо-передатчик Lora.

С его помощью персонал предприятия на вредных производствах может быть проинформирован о приближении к опасным зонам. Кроме этого, информация о перемещении сотрудника может записываться на внутреннюю память и передаваться во время сеанса связи LORA.
Таким образом, на сервере хранится актуальная информация о перемещении сотрудников по территории завода ( или оффисных центрах), как на открытых, так и на закрытых площадках. Отличительная особенность LORA tracker – довольно продолжительный срок службы без восполнения энергии (до 2 месяцев), по истечении которого устройство просто оставляется на проходной для подзарядки.

Энергоэффективность устройств с модулем передачи данных LoRa позволяет создавать конечные устройства, работающие 3, 5 и 10 лет, передавая данные до 20 км.

Базовая станция слушает эфир в заданном диапазоне частот. Когда она слышит запрос от какого-либо из устройств, то отвечает ему на частоте обращения. Ширина канала при этом составляет 125 кГц, максимальная скорость – чуть более 5 килобит/c. Этот стандарт Интернета вещей не создан для просмотра потокового видео. Его задача максимально быстро и гарантированно передать небольшое сообщение от датчика на базовую станцию.

LoRa — это технология и метод модуляции.
LoRaWAN – это открытый протокол для сетей, обеспечивающий взаимодействие физических устройств LоRа, и связывающий с сетевым оборудованием в IP сетях (интернет сетях).

LoRaWAN состоит из конечных устройств, будь то датчики влажности почвы, датчики заполненности мусорных баков, умные счетчики или любые другие устройства.

Двунаправленные конечные устройства «класса А» (Bi-directional end-devices, Class A). Конечные устройства «класса А» позволяют организовать двунаправленный обмен. Причем связь может инициировать только конечное устройство, после чего выделяются два временных окна, в течение которых ожидается ответ от сети. Интервал передачи планируется конечным устройством на основе собственных потребностей в связи с небольшими случайными временными флуктуациями (протокол типа ALOHA). Конечные устройства «класса А» применяются в приложениях, где передача данных от сети возможна только как ответная реакция на получения данных от конечного устройства и требуется максимальное время работы от автономного источника питания.

Двунаправленные конечные устройства «класса Б» (Bi-directional end-devices, Class B) в дополнение к функциям устройств «класса А», открывают дополнительные окна приема по расписанию. Для того, чтобы открыть окно приема, конечное устройство синхронизируется по специальным сигналам от шлюза (по маякам – iBeacon). Это позволяет сети знать время, когда конечное устройство готово принимать данные.

Двунаправленные конечные устройства «класса С» с максимальным приемным окном (Bi-directional end-devices, Class C). Конечные устройства «класса С» имеют почти непрерывно открытое окно приема. Приемное окно закрывается только на время передачи данных. Этот тип конечных устройств подходит для задач, когда необходимо получать большие объемы данных и не требуется длительная работа от автономного источника питания.

Стандарт LoRaWAN и его использование с контроллерами STM32WL .

LoRa отвечает за физический уровень (Physical Layer, PHY) сети передачи данных, который, в соответствии с семиуровневой моделью сетевого взаимодействия, может использоваться с различными наборами протоколов верхних уровней для реализации различных вариантов сетевых архитектур.
Технологию LoRa рассматривают как способ беспроводного подключения датчиков, шлюзов, машин, исполнительных устройств и прочего к сетевой инфраструктуре или облаку.

Типичная сеть LoRaWAN состоит из: конечных узлов, шлюзов, сетевого сервера и сервера приложений. Конечный узел LoRa (LoRa End Node) осуществляет управляющие или измерительные функции. Как правило, он оснащен набором необходимых датчиков, управляющих элементов, систем согласования с исполнительными устройствами.

Шлюз LoRa (LoRa Gateway) принимает данные от конечных устройств по радиоканалу и передает их далее в инфраструктурную сеть. В ее качестве могут выступать сети технологий Ethernet, сотовые сети, сети Wi-Fi, сети и каналы любых других топологий. К шлюзу конечные устройства подключаются по топологии «звезда». Часто шлюз имеет многоканальные приемопередатчики для одновременной обработки сигналов в нескольких каналах или нескольких сигналов, передающихся в одном канале. Соответственно, несколько таких устройств обеспечивают зону покрытия сети и прозрачную двунаправленную передачу данных между конечными узлами и сервером.

Протокол LoRaWAN может быть использован для создания сетей учета в коммунальном хозяйстве, управлении транспортном, в сельском хозяйстве, горно- и нефтедобывающей промышленности, а также в других отраслях. LoRa отличается возможностью передачи данных на большие расстояния, возможностью поддержки двунаправленной связи, а также гибкой адаптацией полосы пропускания.