LoRaWAN

lora

LoRaWAN – это стандарт сетевого протокола для беспроводных сетей низкой мощности и широкого радиуса действия (LPWAN), основанный на технологии модуляции LoRa (Long Range). LoRaWAN позволяет передавать данные со скоростью от 0,3 до 50 кбит/с на расстояние до 15 км в городской среде и до 40 км в сельской местности. Основные преимущества LoRaWAN – это низкое энергопотребление, высокая помехоустойчивость, большая дальность связи даже в условиях городской застройки, возможность подключения большого количества устройств к одной базовой станции и адаптивная скорость передачи данных.

Сеть LoRaWAN состоит из следующих элементов: конечное устройство, шлюзы, сетевой сервер и сервер приложений.

Конечное устройство – предназначено для осуществления управляющих или измерительных функций. Содержит набор необходимых датчиков и управляющих элементов.

Шлюз – устройство, принимающее данные от конечных устройств с помощью радиоканала и передающее их в транзитную сеть. В качестве транзитной сети могут выступать сеть Ethernet, Wi- Fi или сети подвижной радиотелефонной связи. Шлюз и конечные устройства образуют сетевую топологию типа «звезда». Это позволяет уменьшить энергопотребление устройств (за счет отсутствия необходимости пересылки пакетов от других устройств), и упростить архитектуру сети. Обычно данное устройство содержит многоканальные приемопередатчики для обработки сигналов в нескольких каналах одновременно или даже, нескольких сигналов в одном канале. Соответственно, несколько таких устройств обеспечивает зону радиопокрытия сети и прозрачную двунаправленную передачу данных между конечными устройствами и сервером.

Сетевой сервер – предназначен для управления сетью: заданием расписания, адаптацией скорости, хранением и обработкой принимаемых данных.

Сервер приложений – может удаленно контролировать работу конечных устройств и собирать необходимые данные с них.

lines

Принцип работы

tech-1

В сети LoRaWAN узел связывается не с конкретным шлюзом, а передает данные на несколько шлюзов. Каждый шлюз пересылает полученный пакет от конечного узла через транспорт (сотовая сеть, Wi-Fi, Ethernet или другое) на облачный сервер. Сервер управляет сетью, отбрасывает избыточные пакеты, выполняет проверки безопасности, планирует оптимальный маршрут передачи подтверждающего сообщения и управляет скоростью передачи данных. Использование такой архитектуры позволяет избавиться от процедуры хэндовера при перемещении мобильных датчиков в пределах действия сети. Узлы в сети работают в асинхронном режиме и передают данные по мере накопления либо по прерыванию. Для доступа к ресурсам сети используется метод Aloha. Отказ от постоянной синхронизации устройств (как в mesh- или сотовых сетях) так же позволяет экономить заряд батареи. В сети со «звездной» топологией сложно организовать большую ёмкость сети одновременно с большой площадью покрытия. Для реализации такой возможности в LoRaWAN применяют адаптивную скорость передачи данных и используют многоканальные мульти модемные трансиверы в шлюзах, чтобы сообщения могли передаваться одновременно по нескольким каналам. Критические факторы для пропускной способности – количество одновременных каналов, скорость передачи данных (время в эфире), длина полезной нагрузки и насколько часто узлы ведут передачу. Поскольку LoRa представляет собой модуляцию на основе расширения спектра, сигналы практически ортогональны друг другу, когда используются разные коэффициенты расширения. При изменении коэффициента расширения эффективная скорость передачи данных тоже меняется. Шлюз использует это свойство, имея возможность получать несколько разных скоростей передачи данных на одном канале одновременно. Если узел имеет хорошее соединение и находится близко к шлюзу – он может использовать более высокую скорость передачи данных, при этом время его нахождения в эфире становится меньше, что открывает «окно» для передачи от других узлов.

tech-1

Проблему возможных коллизий при одновременной передаче данных несколькими точками решает центральный сервер LoRaWAN сети, который адресно отправляет узлам (end-node) сети управляющие команды через шлюзы, выделяя тайм-слоты для передачи и приема индивидуально для каждой конечной точки (end-node). Адресация происходит по 32-битному DevAddr, уникальному для каждого узла (end-node).


Центральный сервер LoRaWAN сети принимает решения о необходимости изменения скорости передачи данных точками (end-node), мощности передатчика, выборе канала передачи, ее начале и продолжительности по времени, контролирует заряд батарей конечных узлов (end- node), т.е. полностью контролирует всю сеть и управляет каждым абонентским устройством в отдельности.


Каждый LoRaWAN пакет данных, отправляемых конечным узлом, (end-node) имеет в своем составе уникальный идентификатор приложения AppEUI, принадлежащий приложению на сервере сервис-провайдера, для которого он предназначен и этот идентификатор используется центральным сервером LoRaWAN сети для дальнейшей маршрутизации пакета и его обработки приложением на сервере (App Server) сервис-провайдера.


В технологии LoRa предусмотрены механизмы адаптации скорости передачи данных конечных устройств (End Node) с тем, чтобы оптимизировать загрузку сети и обеспечить каждому конечному устройству возможность работы на максимальных скоростях, обеспечивающих надлежащую помехоустойчивость в тех радиоусловиях, в которых данное устройство находится. Адаптацию скорости передачи данных конечных устройств выполняет сетевой сервер посредством соответствующих MAC команд. Решение о выборе той или иной скорости принимается на основании оценки качества принятого от End Node сигнала.



lines

Реализованные решения

Все характеристики
СПОДЭС
ПИРС
lines

Другие технологии

Все технологии