شبکه لورا (LoRaWAN) یکی از پروتکل‌های اصلی دوربرد توان پایین LPWAN ویژه اینترنت اشیا است. این فناوری به سیگنال‌ها اجازه می‌دهد تا حتی در سطوح پایین‌تر از نویز نیز منتشر و بازیابی شوند. تجهیزات مبتنی بر LoRaWAN می‌توانند تا سال‌ها فقط با یک باطری کار کنند. شاید مهمترین مشخصه شبکه لورا (LoRaWAN) که توانسته است در کنار مزیت‌های فنی این پروتکل زمینه رشد سریع آن را فراهم کند، رویکرد غیر انحصاری توسعه این پروتکل بر بستر یک جامعه آزاد و با مشارکت مجموعه‌های مختلف فناوری باشد.

شبکه لورا (LoRaWAN)

معماری فنی شبکه لورا (LoRaWAN)

همان‌طور که اشاره شد، شبکه لورا (LoRaWAN) یک پروتکل ارتباطی LPWAN ویژه اینترنت اشیا در باندهای فرکانسی بدون نیاز به مجوز (ISM) است که می‌تواند محدوده وسیعی را با توان مصرفی پایین تحت پوشش قرار دهد. این فناوری توسط شرکت Semtech و جامعه‌ای از شرکت‌های بزرگ حوزه فناوری (همچون IBM, Cisco, HP, Foxconn) که LoRa Alliance نام دارد، توسعه یافته و پشتیبانی می‌شود.

LoRaWAN

معماری ساختار یک شبکه لورا (LoRaWAN) همان‌طور که در شکل بالا آمده است از دستگاه‌های انتهایی مبتنی بر لورا (سنسورها و عملگرها که اصطلاحا End-Device خوانده می‌شوند)، گیت‌وی‌ها (LoRaWAN Gateways)، سرور شبکه و نهایتا اپلیکیشن و نرم‌افزار کاربر تشکیل شده است.

توپولوژی شبکه لورا به صورت ستاره‌ای (Star of Stars) است. دستگاه‌های انتهایی اطلاعات را به از طریق شبکه لورا (LoRaWAN) به گیت‌وی ارسال می‌کنند. پس از دریافت داده توسط گیت‌وی، گیت‌وی اطلاعات را بر روی یک لینک ارتباطی مبتنی بر اینترنت به سمت سرور شبکه می‌فرستد. این لینک ارتباطی می‌تواند توسط شبکه LTE/3G، Ethernet و یا شبکه‌های داخلی طراحی شود. سپس اطلاعات توسط سرور شبکه در اختیار نرم‌افزار کاربران قرار می‌گیرد.

در حقیقت گیت‌وی و سرور شبکه مانند یک واسطه بین نرم‌افزار کاربر و دستگاه‌های انتهایی ‌عمل می‌کند و امکان رسیدن داده به نرم‌افزار را فراهم کند. در شبکه لورا (LoRaWAN) داده‌ها به صورت کامل (End-to-End) بین دستگاه‌ها و اپلیکیشن کاربر از طریق رمزگذاری AES ارسال می‌شود. از این رو امنیت اطلاعات کاربران نیز تضمین می‌شود.

فناوری LoRaWAN با بکارگیری لینک متقارن، امکان ارتباط کاملا دو سویه را فراهم می‌کند؛ این مساله به ویژه در سرویس‌های اینترنت اشیاء که نیاز به ارسال دستورهای کنترلی از سمت سرور به تجهیزات انتهایی را دارند، بسیار با اهمیت است.

در LoRaWAN نرخ ارسال داده مبتنی بر پروتکل لایه فیزیکی LoRa 27 kb/s است و هر گیت‌وی می‌تواند داده‌های هزاران دستگاه انتهایی را جمع‌آوری کند. همچنین پوشش رادیویی هر گیت‌وی شبکه لورا (LoRaWAN) در مناطق باز و حومه شهر تا ۱۵ کیلومتر نیز می‌رسد.

لایه فیزیکی و مدولاسیون شبکه لورا (LoRaWAN)

اگرچه در بسیاری موارد شبکه LoRaWAN در کلام بطور مختصر لورا (LoRa) خوانده می‌شود، اما از نظر فنی، این دو متفاوت هستند. لورا پروتکل لایه فیزیکی یا مدولاسیون بیسیمی است که به منظور ایجاد لینک ارتباطی با ناحیه پوشش وسیع استفاده می‌شود. بسیاری از سیستم‌های پیشین به منظور رسیدن به توان پایین از مدولاسیون (FSK Frequency Shift Keying) در لایه فیزیکی بهره می‌بردند. اما لورا مبتنی بر مدولاسیون CSS (Chirp Spread Spectrum) است که علاوه بر فراهم آوردن خاصیت توان پایین مدولاسیون FSK، ناحیه پوشش و نفوذپذیری را نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. چندین دهه چنین مدولاسیونی به دلیل مقاوم بودن در برابر تداخل (Interference) و ناحیه پوشش وسیع، تنها در کاربردهای نظامی و ارتباطات فضایی استفاده می‌شد. اما LoRa اولین پیاده‌سازی کم هزینه و مناسب برای کاربردهای تجاری از چنین سیستمی است که در باندهای بدون نیاز به مجوز کار می‌کند.

پروتکل LoRaWAN در حقیقت پروتکلی در لایه بالاتر (MAC) است که بر پایه پروتکل LoRa توسعه یافته و کار می‌کند و امکان راه‌اندازی یک شبکه کامل را فراهم می‌سازد.

پروتکل LoRaWAN

مدل توسعه شبکه لورا (LoRaWAN)

از نظر مدل توسعه، شبکه لورا (LoRaWAN) در مقابل شبکه SigFox استراتژی کاملا متفاوتی را اتخاذ کرده و مشارکت در تمام قسمت‌ها باز و ممکن است. عضویت در LoRa Alliance و مشارکت در توسعه و استفاده از استانداردهای این فناوری برای همه امکان‌پذیر است. هر شرکت سخت‌افزاری می‌تواند دستگاه‌های انتهایی و گیت‌وی را مطابق با استانداردهای شبکه لورا تولید کند. حتی تولید ماژول‌های رادیویی (لایه فیزیکی) که تا دو سال پیش تنها توسط Semtech انجام می‌گرفت، با فروش license به کمپانی‌های NXP و Microchip، از انحصار یک کمپانی خاص خارج شده است.

از این رو شبکه لورا (LoRaWAN) راهبرد توسعه بسیار منعطفی را پیش گرفته که در نتیجه آن به توسعه شبکه به یک شرکت خاص وابسته نیست. همین امر رشد این پروتکل را سرعت بخشیده است و علی‌رغم شروع دیرتر نسبت به SigFox‌ هم‌اکنون در مناطق بیشتری پوشش رادیویی دارد. شبکه لورا تاکنون (سپتامبر ۲۰۱۸) در ۹۵ کشور وجود دارد و این روند توسعه در آینده سیاره‌ای هوشمند خواهد ساخت. همچنین مدل‌های متنوعی نیز از شبکه‌های کاملا خصوصی و خارج از بستر اینترنت، تا شبکه‌های عمومی با طرح‌های تجاری مختلف، بر بستر این فناوری شکل گرفته است. از سوی دیگر اکوسیستم باز شبکه لورا موجب شده است که این فناوری در بخش فنی نیز به سرعت توسعه و در این زمینه نسبت به سایر پروتکل‌ها پیشی گیرد.

برخی منابع مورد استفاده

www.semtech.com / What is LoRa
www.link-labs.com / Sigfox Vs LoRa

لینکپ: ارائه دهنده نسل نوین راهکارهای اینترنت اشیا و هوشمند سازی ساختمان

جهت مشاهده راهکارها همین الان اقدام کنید.