Co to jest LoRaWAN i do czego służy?

Czym jest protokół LORAWAN?

Termin „LoRaWAN” odnosi się do protokołu Low Power Wide Area Network (LPWAN) i systemowej architektury sieci. Warstwa fizyczna LoRaWAN jest oparta na modulacji LoRa, która zapewnia komunikację na duże odległości pomiędzy inteligentnymi urządzeniami, bramami oraz końcowymi użytkownikami. Zasięg LoRaWAN może wynosić nawet do 15 km, czyli znacznie więcej niż Wi-Fi; poza tym protokół LoRaWAN jest bardziej ekonomiczny we wdrożeniu w porównaniu z technologiami komórkowymi IOT (na odległych obszarach). Dodatkowo LoRaWAN spełnia wymagania Internetu rzeczy (IoT), takie jak komunikacja dwukierunkowa, kompleksowe bezpieczeństwo, mobilność, a także udostępnienie usług lokalizacyjnych.

Jak działą LoRaWAN?

LoRaWAN działa poprzez wysyłanie pakietów danych na wspólnej częstotliwości radiowej, pozwalając urządzeniom na wzajemną komunikację. Wymianę danych między maszynami umożliwia sieć bramek, które działają jak kolektory, zezwalając urządzeniom LoRaWAN na przesyłanie i odbieranie danych na danej częstotliwości radiowej. Bramy te są podłączone do Internetu, co gwarantuje przesyłanie danych z urządzeń do serwera LoRaWAN, a następnie dostęp do nich dostaje użytkownik końcowy. Natomiast transmisja pakietów danych odbywa się za pomocą modulacji LoRa, która zapewnia przekazanie informacji o szerokim zakresie częstotliwości i na dużą odległości, wykorzystując przy tym niski pobór mocy.

Co to jest bramka LoRaWAN

Bramka LoRaWAN to urządzenie służące do zapewnienia stałego sygnału LoRaWAN, podobnego do sieci komórkowej, który pozwala urządzeniom LoRaWAN komunikować się z serwerem i aplikacją, którą posługuje się ich właściciel. Mówiąc prościej, działa ona jak most między światem fizycznym a światem wirtualnym. Brama odbiera dane z urządzeń LoRaWAN, a następnie przekazuje je do serwera sieciowego, który przechowuje je i dystrybuuje do aplikacji zgodnie z potrzebami. Bramka LoRaWAN obsługuje również komunikację w drugim kierunku, od aplikacji opartych na chmurze do urządzeń fizycznych.

LoRa, LoRaWAN i LPWAN

LoRaWAN i LPWAN to szerokopasmowe technologie sieciowe o niskim poborze mocy, które są wykorzystywane do obsługi Internetu rzeczy (IoT). Zapewniają one wiele korzyści dla aplikacji IoT, np. daleki zasięg, niskie zużycie energii i oszczędność kosztów. Pomimo tego, że LoRaWAN i LPWAN mają wiele wspólnych cech, każda z tych technologii oferuje różne wskaźniki wydajności pod względem opóźnień, przepustowości, pokonywanych odległości itp.

LoRa

LoRa (Long Range Radio) to zaawansowana technologia warstwy fizycznej o niskim poborze mocy, wykorzystywana do bezprzewodowej wymiany danych na duże odległości. Technologia ta bazuje na technikach modulacji widma rozproszonego w celu zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia zasięgu transmisji, pozwalając na przesyłanie danych na dalekie dystanse. LoRa najlepiej nadaje się do zastosowań wymagających niskiej szybkości transmisji danych i szerokiego zasięgu, tj. zdalne śledzenie zasobów i komunikacji maszyna-maszyna (M2M).

LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) to protokół sieci bezprzewodowej zaprojektowany w celu zapewnienia bezpiecznej, niezawodnej i ekonomicznej komunikacji dla aplikacji IoT. Protokół ten bazuje na technologii warstwy fizycznej LoRa i wykorzystuje topologię sieci o strukturze „gwiazdy” z bramkami łączącymi urządzenia końcowe z centralnym serwerem sieciowym.

LPWAN

LPWAN (Low Power Wide Area Network) to ogólne pojęcie odnoszące się do technologii sieci bezprzewodowych, które zostały zaprojektowane tak, aby były energooszczędne i mogły zapewniać transmisję danych na dalekie dystanse. Technologia ta koncentruje się na aplikacjach o niskiej przepustowości danych jak np. sieci czujników. LPWAN nie zawsze musi być używany razem z LoRa. Rozwiązanie to może być oparte na jednej z technologii, LoRaWAN jest jednym z przykładów, pozostałe technologie to Sigfox, NB-IoT, Weightless itp.

Zalety sieci LoRaWAN

Ograniczenia LoRaWAN

Pomimo wielu zalet, LoRaWAN ma pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę, zanim zostanie wdrożona.

Po pierwsze, LoRaWAN nie oferuje uniwersalnego zasięgu. W przeciwieństwie do sieci komórkowych LoRaWAN często wdraża się w obszarach, w których żadna sieć nie ma zasięgu. Na szczęście istnieje możliwość rozszerzenia zasięgu sieci LoRaWAN na interesujący nas obszar dzięki wsparciu operatorów, a także wdrożenia i obsługi własnej sieci biznesowej.

Po drugie, aplikacje wymagające urządzeń mobilnych potrzebują zasięgu w obszarach, w których urządzenia będą się poruszać. Może to wymagać podpisania umów roamingowych z operatorami pobliskich sieci. Istnieje prawdopodobieństwo, że urządzenia będą poruszać się po obszarze większym niż sieć, którą użytkownik jest zainteresowany, a współpraca z sąsiednimi sieciami może być w tym przypadku bardzo przydatna.

Po trzecie, LoRaWAN ma ograniczoną szybkość transmisji danych, która wynosi mniej niż 50 kb/s. Sprawia to, że nie nadaje się ona do zastosowań wymagających wyższych szybkości transmisji danych, takich jak strumieniowanie wideo lub audio.

Klasy LoRaWAN

W LoRaWAN istnieją 3 klasy urządzeń o różnych możliwościach i różnych profilach zużycia energii: klasa A, B i C.

Klasa A jest najbardziej ekonomiczna. Urządzenia tej klasy są zasilane baterią przez kilka lat, jest to możliwe dzięki temu, że urządzenie bywa aktywne tylko przez krótki czas, w momencie transmisji danych zgodnie z zaprogramowanym harmonogramem i przez dodatkowy czas bezpośrednio po tej transmisji, aby umożliwić sieci komunikację z innym urządzeniem. Przez resztę czasu urządzenie znajduje się w trybie uśpienia, oszczędzania energii.

Klasa B stanowi rozszerzenie modelu komunikacji klasy A, pozwalając urządzeniom na zaplanowanie transmisji połączenia podczas wyznaczonych slotów ping. Umożliwia to aplikacjom wysyłanie komunikatów sterujących podczas wyznaczonych okien bez oczekiwania na komunikat wychodzący z urządzenia. Urządzenia klasy B muszą mieć synchronizację czasową z siecią, zanim będą mogły otrzymywać komunikaty wysyłane przez bramę. Gdy urządzenie klasy B zostanie prawidłowo zsynchronizowane czasowo, przechodzi w tryb pobierania wiadomości w trakcie slotów ping, aby upewnić się, że będzie mogło odbierać wszelkie komunikaty wysyłane z sieci. W związku z tym klasa B oferuje znacznie mniejsze opóźnienia niż w klasie A; jest to tryb o mniejszym zużyciu energii baterii w porównaniu do ciągłego zasilania urządzenia, jak w klasie C.

Klasa C z kolei jest trybem przeznaczonym dla urządzeń końcowych, który umożliwia komunikację z urządzeniami z poziomu bramy w niemal każdym momencie. Wymaga większej mocy niż jego odpowiedniki klasy A lub B, ale oferuje najniższe opóźnienia podczas wysyłania danych z aplikacji do urządzeń końcowych.

Przypadki zastosowań LoRaWAN

LoRaWAN może być z powodzeniem wykorzystywana w transporcie, inteligentnych budynkach, rolnictwie, medycynie, przemyśle naftowym i gazowym oraz wielu innych dziedzinach gospodarki.

Logistyka i transport

Dzięki rozwiązaniom IoT opartym na LoRaWAN, firmy zajmujące się łańcuchem dostaw i logistyką z powodzeniem śledzą aktywa o wysokiej wartości, w tym te w tranzycie. Pojazdy, towary i inne materiały wspierające są sprawnie śledzone w różnych regionach geograficznych oraz w ciężkich warunkach, dzięki niezwykłemu zasięgowi technologii, niskiemu zużyciu energii i lokalizacji bez funkcji GPS. Rozwiązania IoT pozwalają na monitorowanie pojazdów, które wykorzystują połączenie LoRaWAN, przez co mogą one dłużej przebywać w trasie, obniżyć zużycie paliwa, zwiększyć bezpieczeństwo, zapewnić wgląd w kwestie związane z konserwacją pojazdu i poprawić ogólną sprawność eksploatacji.

Inteligentne miasta

Inteligentne miasta wymagają dostępu do wszystkich obszarów życia miejskiego w czasie rzeczywistym. Aby to osiągnąć, inteligentne miasta zazwyczaj wykorzystują rozległe sieci bezprzewodowe, celem umożliwienia łączności między rozległą siecią wielu urządzeń IoT generujących dane z czujników i inteligentnych liczników. Technologia bezprzewodowa LoRaWAN jest najlepszym rozwiązaniem IoT do zastosowań w obszarze smart miast. Wykorzystując technologię IoT z różnymi inteligentnymi urządzeniami do wizualizacji i analizy kompleksowych danych w czasie rzeczywistym, miasta mogą dynamicznie reagować, optymalizując wykorzystanie i alokację lokalnych zasobów. Miasta mogą zintegrować IoT ze swoją strukturą, mając na celu automatyzację zadań, monitorowanie i zarządzanie sprzętem oraz przeprowadzanie konserwacji zapobiegawczej, aby obniżyć koszty eksploatacji. Miasta na całym świecie mogą skutecznie optymalizować wydajność mediów i personelu, integrując usługi miejskie, takie jak:

Inteligentne rolnictwo

Koncepcja wykorzystania technologii IoT bazując na LoRaWAN stosowanej w inteligentnych praktykach rolniczych, nabiera coraz to większego rozpędu, spowodowane jest to łatwością wizualizowania, analizowania i podejmowania bardziej świadomych decyzji dotyczących upraw, zwierząt gospodarskich, sprzętu, infrastruktury, środowiska i wszystkich innych aspektów, które muszą być stale monitorowane i zarządzane, aby zwiększyć uprawę zbiorów i poprawić wydajność gospodarstwa. Czujniki rolnicze IoT dzięki niewielkim rozmiarom pozwalają określić wiele parametrów, które ułatwiają zrozumieć kwestie środowiskowe. Czujniki IoT można wdrożyć w celu gromadzenia danych o ekspozycji na światło słoneczne, co może być wykorzystane do podejmowania trafniejszych decyzji o rozmieszczeniu upraw i pomóc określić, czy integracja słoneczna jest realną opcją dla gospodarstwa.

Inteligentna opieka zdrowotna

Niski pobór mocy, niski koszt i stała wydajność sprawiają, że sieci LoRaWAN są idealne dla kluczowych zastosowań w sektorze inteligentnej opieki zdrowotnej. Rozwiązania Internetu Rzeczy oparte na LoRaWAN są w stanie pomóc stale monitorować pacjentów lub systemy wysokiego ryzyka, gwarantując, że zdrowie i bezpieczeństwo medyczne nie zostaną zagrożone. System IoT oparty na LoRaWAN może być stosowany do ciągłego i rzetelnego monitorowania najważniejszych parametrów życiowych pacjentów szpitali, osób starszych, sportowców lub innych osób, które wymagają ciągłego wglądu w swoje parametry życiowe w czasie rzeczywistym.

Bezpieczeństwo publiczne

Wzrasta zapotrzebowanie na kompleksowe rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa i ochrony. Wykorzystujące sieć IoT systemy bezpieczeństwa publicznego zapewniają służbom ratowniczym najnowocześniejszą technologię, która może zmniejszyć poziom narażenia na niebezpieczeństwo i poprawić jakość życia ludzi. Indywidualne urządzenia IoT do codziennego użytkowania, takie jak karty identyfikacyjne, są wyposażone w technologię LoRaWAN, wbudowany przycisk paniki w momencie naciśnięcia wysyła do odpowiednich służb, natychmiastowy sygnał SOS z informacjami o lokalizacji użytkownika.

Jeśli już wiesz czym, jest LoRaWAN, jakie są jego zalety i zastosowania zapoznaj się z naszą ofertą przemysłowych konwerterów opartych właśnie o ten protokół.