LoRaWAN — технология, которая быстро набирает популярность в сфере решений интернета вещей. При этом для многих клиентов остается малоизученной и экзотической, из-за чего вокруг нее существует множество мифов и заблуждений. В 2018 году в России были приняты поправки в законодательство об использовании частот LoRaWAN, которые расширяют возможности использования данной технологии без лицензии.

LoRaWAN — набор протоколов, определяющих физический и сетевой уровни передачи данных для маломощных устройств с низким энергопотреблением, работающий на больших расстояниях. Аббревиатура LoRa означает Long Range, то есть большие расстояния передачи данных, a WAN (Wide Area Network) означает, что протокол описывает еще и сетевой уровень.

В отличие от широко известных стандартов беспроводной связи GSM/3G/LTE/WiFi, LoRaWAN изначально проектировался для одновременного обслуживания огромного числа маломощных абонентских устройств. Поэтому основной упор сделан на защищенность от помех, энергоэффективность и дальность действия. При этом максимальные скорости передачи данных ограничены всего несколькими килобитами в секунду.

LPWAN сети являются беспроводными и имеют широкий радиус охвата, основной плюс таких сетей является низкое энергопотребление, а объем передачи данных в таких сетях измеряется в байтах, но этого достаточно чтобы передавать необходимую телеметрию с конечного устройства на сервер диспетчера. Время жизни таких конечных устройств несколько лет от одной батареи и зависит от расписания передачи данных.

LoRaWAN это технологический стандарт разработанный и поддерживаемый Lora Альянсом, данный Альянс состоит из международных телекоммуникационных компаний и производителей, а также интеграторов. Технологическая платформа LoRaWAN может сегментироваться на два компонента:
• LoRa: Проприетарная технология с радио модуляцией LoRaWAN, использующая беспроводную связь для подключения между конечными устройствами и шлюзами.
• LoRaWAN: Программный протокол управления доступом, использующий для идентификации MAC адрес (MAC — media access control — Управление доступом к среде) для передачи и управления сообщениями между Cетевым Cервером LoRaWAN и конечным устройством.

Нажмите, чтобы увеличить.

В диаграмме показаны четыре ключевых элемента сети:

На диаграмме показано, что топология сети имеет тип «Звезда» (Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры/устройства сети присоединены к центральному узлу, образуя физический сегмент сети.) с сетевым сервером соединяющим несколько шлюзов, которые в свою очередь соединяются с устройствами по беспроводной сети LoRA. Связь является двунаправленной, но преобладающий тип связи принятие данных от конечных устройств.

Также, показано два LoRaWAN сообщения, отправленные с помощью двух беспроводных устройств, обозначенными оранжевым и зеленым.
В верхней зоне покрытия беспроводной сети LoRA, устройство отправляет сообщения LoRaWAN с помощью беспроводной сети LoRA. Это сообщение принимается шлюзом и отправляется на сетевой сервер. В нижних зонах покрытия, устройство отправляет аналогичное сообщение LoRaWAN, которое принимается двумя шлюзами, эти два сообщения пересылаются на сетевой сервер.

Шлюзы LoRa (Helium otspot)

Шлюзы действуют как мост между беспроводной сетью LoRA и IP сетью (интернетом). Шлюзы работают как беспроводные базовые станции для различных устройств и напоминают базовые станции GSM. Базовая станция может покрывать как локальный объект/дом, так и район или квартал. Развертывание нескольких базовых станций в уличном исполнении, может обеспечить покрытие района или города.

Поскольку шлюз имеет беспроводной интерфейс LoRA, он должен соответствовать требованиям связи (В России нелицензируемая мощность передатчика 25 мВат с частотным планом 864-870 МГц), распределению каналов и скорости передачи данных, определенным соответствующей спецификацией диапазона.

Сетевой сервер LoRaWAN

Сетевой сервер соединяется со всеми конечными устройствами, который настроен как неотъемлемая часть приложения (Программного обеспечения верхнего уровня) и подключен к базовым станциям (шлюз LoRaWAN). Сетевой сервер бывает встроен в шлюз или располагается на выделенном сервере вместе с ПО Диспетчера.

Сетевой сервер предоставляет три ключевые функции:

Сетевой сервер получает сообщения от устройств, управляет их аутенфикацией, маршрутизацией данных и управлением шлюзами. Сетевой сервер самостоятельно выбирает лучший шлюз для маршрутизации данных от устройства, а так же исключает дубликаты сообщений и оптимизировать радиоэфир с помощью ADR.

 

Целью любой реализацией сети LoRaWAN является обеспечение обмена сообщениями от приборов и устройств с сервером приложений.