LoRaWAN — Long Range Wide Area Network
LoRaWAN je protokol pre rozsiahle siete s nízkou spotrebou (Low-Power Wide-Area Network, LPWAN) navrhnutý pre batériovo napájané zariadenia IoT, ktoré potrebujú prenášať malé objemy dát na veľké vzdialenosti. Tam, kde BLE pokrýva metre, LoRaWAN pokrýva kilometre — preto je preferovaným protokolom pre vzdialené senzory, poľnohospodárstvo, inteligentné mestá a meranie spotreby energií a vody.
Ako LoRaWAN funguje
LoRaWAN pracuje v dvoch vrstvách:
- LoRa (fyzická vrstva) — Proprietárna modulácia s rozprestretým spektrom typu chirp (chirp spread spectrum, CSS), ktorú vyvinula spoločnosť Semtech. Za cenu nižšej prenosovej rýchlosti získava dosah a odolnosť voči šumu.
- LoRaWAN (sieťová vrstva) — Otvorený štandard, ktorý spravuje LoRa Alliance (viac ako 800 členských spoločností). Definuje triedy zariadení, zabezpečenie a architektúru siete.
Špecifikácie EU868 (Európa)
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Frekvenčné pásmo | 863–870 MHz (EU868) |
| Predvolené kanály | 868,10; 868,30; 868,50 MHz (šírka pásma 125 kHz) |
| Vysielací výkon | Max. 14 dBm (25 mW) ERP |
| Pracovný cyklus (duty cycle) | 1 % (868,0–868,6 MHz), 0,1 % (868,7–869,2 MHz), 10 % (869,4–869,65 MHz) |
| Prenosová rýchlosť | 0,3–5,5 kbps LoRa (SF12–SF7, 125 kHz); 11 kbps (SF7, 250 kHz); 50 kbps (FSK) |
| Dosah | 2–5 km (mesto), 5–15 km (predmestie), 20+ km (vidiek / priama viditeľnosť) |
| Citlivosť | -137 dBm (SF12) |
| Maximálna veľkosť užitočných dát (payload) | 51–222 bajtov (v závislosti od prenosovej rýchlosti) |
Triedy zariadení
| Trieda | Správanie | Latencia | Spotreba | Prípad použitia |
|---|---|---|---|---|
| Class A | TX, potom 2 krátke okná RX | Sekundy–hodiny | Najnižšia | Batériové senzory, meradlá |
| Class B | Plánované okná RX (synchronizované beaconom) | Sekundy | Nízka–stredná | Aktuátory vyžadujúce časované správy downlink |
| Class C | Nepretržite počúva | Takmer v reálnom čase | Najvyššia | Aktuátory napájané zo siete, pouličné osvetlenie |
LoRaWAN vs. iné protokoly s veľkým dosahom
| Protokol | Dosah | Spotreba | Prenosová rýchlosť | Licencia | Pokrytie |
|---|---|---|---|---|---|
| LoRaWAN | 5–15 km | Ultranízka | 0,3–50 kbps | Bezlicenčné pásmo (ISM) | Súkromné alebo verejné siete |
| NB-IoT | Mobilná sieť | Stredná | 250 kbps | Licencované pásmo (telekomunikačný operátor) | Závisí od operátora |
| LTE-M | Mobilná sieť | Stredná | 1 Mbps | Licencované pásmo (telekomunikačný operátor) | Závisí od operátora |
| Sigfox | 10–50 km | Ultranízka | 100 bps | Bezlicenčné pásmo | Sieť Sigfox (na ústupe) |
| Mioty (ETSI TS 103 357) | 5–15 km | Ultranízka | 0,5 kbps | Bezlicenčné pásmo | Priemysel, s podporou EÚ |
Bezpečnostná architektúra
LoRaWAN 1.0.x používa dva relačné kľúče (LoRaWAN 1.1 rozdeľuje sieťový kľúč na tri):
- Network Session Key (NwkSKey) — Autentifikuje pakety na sieťovej vrstve (overenie MIC)
- Application Session Key (AppSKey) — Šifruje užitočné dáta medzi koncovými bodmi (end-to-end); prevádzkovatelia siete nemôžu čítať aplikačné dáta
- Join Server — Riadi aktiváciu zariadení a odvodzovanie kľúčov (OTAA — Over-The-Air Activation)
Bežné aplikácie
- Inteligentné poľnohospodárstvo — Vlhkosť pôdy, meteorologické stanice, riadenie zavlažovania
- Inteligentné mestá — Parkovacie senzory, monitorovanie odpadových nádob, kvalita ovzdušia
- Meranie spotreby energií a vody — Diaľkové odpočty vody, plynu a elektriny
- Sledovanie majetku (asset tracking) — Poloha kontajnerov a vozidiel na rozsiahlych územiach
- Priemyselné monitorovanie — Senzory vibrácií, hladiny v nádržiach, podmienky prostredia
Súvisiace pojmy
- BLE — Doplnok k LoRaWAN pre krátky dosah; často sa používajú spoločne (BLE na uvedenie do prevádzky (commissioning), LoRaWAN na prenos dát do siete (backhaul)).
- IoT — LoRaWAN je základný protokol konektivity IoT pre batériovo napájané aplikácie s veľkým dosahom.
Vyvíjame senzorové uzly a brány LoRaWAN — od RF návrhu cez firmvér v súlade s CRA až po produkčné nasadenie. Pozrite si naše služby v oblasti vývoja embedded systémov.
Oficiálne referencie
- Balík špecifikácií LoRaWAN 1.0.4 — LoRa Alliance — LoRa Alliance (oficiálna špecifikácia LoRaWAN)