لورا(LoRa) و لوراون(LoRaWAN)

LoRa

LoRa یک تکنیک مدولاسیون بی‌سیم است که از فناوریChirp Spread Spectrum (CSS)  نشات گرفته و اطلاعات را بر روی موج‌های رادیویی با استفاده از پالس‌های chirp کدگذاری می‌کند (مشابه روشی که دلفین‌ها و خفاش‌ها ارتباط برقرار می‌کنند!). انتقال مدوله شده LoRa در برابر اختلالات مقاوم است و می‌توان آن را در فواصل زیاد دریافت کرد.

LoRa برای برنامه‌هایی که داده‌های کوچک با نرخ بیت پایین ارسال می‌کنند، ایده‌آل است. داده‌ها می‌توانند در مقایسه با فناوری‌هایی مانند Wi-Fi، Bluetooth  یا ZigBee، به فواصل بیشتری ارسال شوند. این ویژگی‌ها، LoRa را برای حسگرها و عملگرهایی که مصرف انرژی (برق) کمی دارند، مناسب می‌کند.

 LoRa، می‌تواند بر روی باندهای زیر گیگاهرتز بدون مجوز، به‌عنوان‌مثال، 915 مگاهرتز، 868 مگاهرتز و 433 مگاهرتز کار کند. همچنین می‌تواند در فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز کار کند تا در مقایسه با باندهای زیر گیگاهرتز، نرخ داده بالاتری داشته باشد. این فرکانس‌ها در محدوده باندهای آزاد (بدون مجوز) قرار می‌گیرند که در سطح بین‌المللی برای اهداف صنعتی، علمی و پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

LoRaWAN

LoRaWAN یک پروتکل لایهMedia access control (MAC)  است که بر روی مدولاسیون LoRa ساخته شده است. LoRaWAN یک لایه نرم‌افزاری است که  نحوه استفاده دستگاه‌ها از سخت‌افزار LoRa را مشخص می‌کند.

پروتکل LoRaWAN توسط اتحادیه LoRa (LoRa Alliance) توسعه و نگهداری می‌شود. اولین مشخصات LoRaWAN در ژانویه ۲۰۱۵ منتشر شد.

پهنای باند در مقابل محدوده

LoRaWAN برای انتقال بسته‌های کوچک (مانند داده‌های حسگرها) در فواصل طولانی مناسب است. مدولاسیون LoRa محدوده ارتباطی بسیار بیشتری با پهنای باند کم نسبت به سایر فناوری‌های رقیب انتقال داده بی‌سیم فراهم می‌کند. شکل زیر برخی از پروتکل‌های ارتباطی که می‌توانند برای انتقال داده‌های بی‌سیم استفاده شوند (بر حسب محدوده انتقال مورد انتظار در برابر پهنای باند) را نشان می‌دهد.

چرا LoRaWAN این‌قدر عالی است؟

• بسیار کم‌مصرف: دستگاه‌های انتهایی LoRaWAN (حسگرها و دستگاه‌های مبتنی بر فناوری LoRaWAN) طوری طراحی شده‌اند که  انرژی کمی مصرف کنند و می‌توانند تا حدود ۱۰ سال با یک باتری کار کنند.
• برد  بلند: گیت‌وی‌های LoRaWAN می‌توانند سیگنال‌ها را در فواصل بیش از ۱۰ کیلومتر در مناطق روستایی (خارج از شهر) و تا ۳ کیلومتر در مناطق شهری متراکم (با مانع زیاد)  ارسال و دریافت کنند.
• نفوذ عمیق در داخل ساختمان: شبکه‌های LoRaWAN می‌توانند  پوشش عمیق داخلی را فراهم کنند و به راحتی ساختمان‌های چند طبقه را پوشش دهند.
• طیف بدون مجوز: برای استقرار یک شبکه LoRaWAN نیازی به پرداخت هزینه‌های گران مجوز فرکانس نیست.
• موقعیت‌یابی: یک شبکه LoRaWAN می‌تواند موقعیت دستگاه‌های انتهایی را با استفاده از مثلث‌بندی بدون نیاز به GPS  تعیین کند.  در واقع اگر حداقل سه گیت‌وی، سیگنال را دریافت کنند، می‌توان یک دستگاه انتهایی LoRa را پیدا کرد.
• ظرفیت بالا: سرورهای شبکه LoRaWAN، میلیون‌ها پیام را از هزاران  گیت‌وی مدیریت می‌کنند.
• استقرار عمومی و خصوصی: استقرار شبکه‌های عمومی و خصوصی LoRaWAN با استفاده از سخت‌افزار (گیت‌وی‌ها، دستگاه‌های انتهایی، آنتن‌ها) و نرم‌افزار (فرستنده‌های بسته UDP، نرم‌افزار ایستگاه اصلی، استک‌های LoRaWAN برای دستگاه‌های انتهایی) آسان است.
• امنیت سراسری (انتها تا انتها): LoRaWAN ارتباط امن بین دستگاه انتهایی و سرور برنامه را با استفاده از رمزگذاری AES-128  تضمین می‌کند.
• به‌روزرسانی Firmware  از راه دور: شما می‌توانید از راه‌دور، Firmware (برنامه‌ها و استک LoRaWAN) را برای یک دستگاه انتهایی یا گروهی از دستگاه‌های انتهایی به‌روزرسانی کنید.
• رومینگ: دستگاه‌های انتهایی LoRaWAN می‌توانند  انتقال یکپارچه را از یک شبکه به شبکه دیگر انجام دهند.
• هزینه پایین: فناوری LoRaWAN  شامل زیرساخت حداقل، دستگاه‌های انتهایی با هزینه کم و نرم‌افزار منبع‌باز هست.
• گواهینامه: گواهینامه اتحادیه LoRa (LoRa Alliance)، دستگاه‌های انتهایی را گواهی می‌کند و به کاربران نهایی اطمینان می‌دهد که دستگاه‌ها قابل‌اعتماد و مطابق با مشخصات LoRaWAN هستند.
• اکوسیستم: LoRaWAN دارای یک اکوسیستم بسیار بزرگ از تولیدکنندگان دستگاه، سازندگان  گیت‌وی، سازندگان آنتن، ارائه‌دهندگان خدمات شبکه و توسعه‌دهندگان برنامه است.

موارد استفاده از LoRaWAN

در این بخش، چند مورد استفاده کاربردی از LoRaWAN توسط شرکت Semtech ارائه شده است تا برخی از نحوه کاربرد LoRaWAN را نشان دهد:

• نظارت بر زنجیره سرد واکسن:  حسگرهای LoRaWAN  برای اطمینان از نگهداری واکسن‌ها در دمای مناسب در حین انتقال استفاده می‌شود.
• حفاظت از حیات‌وحش: حسگرهای ردیابی، برای مدیریت و ردیابی گونه‌های حیوانی که در معرض خطر انقراض هستند، استفاده می‌شوند.
• بیماران مبتلا به زوال عقل: حسگرهای مچ‌بند برای تشخیص افتادن و ردیابی داروها استفاده می‌شوند.
• مزارع هوشمند: آگاهی در لحظه و بلادرنگ در مورد رطوبت خاک محصول و برنامه‌ریزی آبیاری بهینه، مصرف آب را تا ۳۰٪  کاهش می‌دهد.
• صرفه‌جویی در آب: شناسایی و تعمیر سریع نشتی‌ها در شبکه آب شهری.
• امنیت غذایی: نظارت بر دمای مواد غذایی، حفظ کیفیت غذا را تضمین می‌کند.
• سطل‌های زباله هوشمند: هشدارهای پرشدن سطل زباله به پرسنل ارسال می‌شود و برنامه‌ریزی تحویل و جابه‌جایی زباله را بهینه می‌کند.
• دوچرخه‌های هوشمند: ردیاب‌ها، دوچرخه‌ها را در مناطق دورافتاده و مناطق متراکم شهری، ردیابی می‌کنند.
• ردیابی فرودگاه: ردیاب‌های بدون نیاز به GPS، وسایل نقلیه، پرسنل و چمدان‌ها را ردیابی می‌کنند.
• فضاهای کاری کارآمد: نظارت بر اشغال اتاق، دما، مصرف انرژی و در دسترسی پارکینگ.
• سلامت گاوها: حسگرها سلامت گاو را کنترل می‌کنند، بیماری‌ها را تشخیص می‌دهند و زمان تولد گوساله‌ها را پیش‌بینی می‌کنند.
• LoRa در فضا: ماهواره‌ها برای فراهم‌کردن پوشش مبتنی بر LoRaWAN  در سطح جهانی استفاده می‌شوند.

اتحادیه LoRa

اتحادیه LoRa (LoRa Alliance) یک انجمن باز و غیرانتفاعی است که در سال 2015 تأسیس شده است و از توسعه پروتکل LoRaWAN  پشتیبانی می‌کند و  قابلیت تعامل و ارتباط تمام محصولات و فناوری‌های LoRaWAN را  تضمین می‌کند. اکنون، اتحادیه LoRa بیش از 500 عضو در سراسر جهان دارد.

اتحادیه LoRa، گواهینامه LoRaWAN را برای دستگاه‌های انتهایی  ارائه می‌کند. دستگاه‌های  انتهایی دارای این گواهینامه، به کاربران اطمینان می‌دهند که دستگاه  انتهایی قابل‌اعتماد و با مشخصات LoRaWAN مطابق و سازگار است. گواهینامه، تنها برای تولیدکنندگان دستگاهی که عضو اتحادیه LoRa هستند، در دسترس است. پس از  تأیید و دریافت گواهینامه، تولیدکننده می‌تواند علامت  LoRaWAN Certified  را در محصول خود استفاده کند.

LoRaWAN اکنون یک استاندارد  اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) است.

اتحادیه LoRa در تاریخ 7 دسامبر 2021 اعلام کرد، LoRaWAN رسماً به عنوان یک استاندارد برای شبکه‌های گسترده  کم‌مصرف (LPWAN) توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) تأیید شده است.

منبع

https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/what-is-lorawan