Công nghệ Lora là gì? Lorawan là gì? Ứng dụng của Lora

LoRa là gì?

Công nghệ LoRa được tạo ra bởi một công ty Pháp có tên là Cycleo, sau đó được Semtech mua lại vào năm 2012. Semtech là thành viên sáng lập của Liên minh LoRa, hiện là cơ quan quản lý của Công nghệ LoRa. Liên minh LoRa là một trong những liên minh công nghệ phát triển nhanh nhất. Hiệp hội phi lợi nhuận này bao gồm hơn 500 công ty thành viên, cam kết cho phép triển khai mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) IoT trên quy mô lớn thông qua việc phát triển và quảng bá tiêu chuẩn mở LoRaWAN.

LoRa, viết tắt của Long Range, là công nghệ không dây cung cấp khả năng truyền dữ liệu dung lượng nhỏ với khoảng cách xa, công suất thấp và an toàn cho các ứng dụng M2M và IoT. LoRa dựa trên điều chế phổ trải rộng Chirp, có đặc điểm công suất thấp như điều chế FSK nhưng có thể được sử dụng cho truyền thông tầm xa.

LoRa là một trong những trụ cột của công nghệ mạng diện rộng công suất thấp LPWA (Low Power Wide Area) sẽ giúp thúc đẩy việc áp dụng IoT quy mô lớn, bởi vì chúng được xây dựng có mục đích cho các thiết bị chạy bằng pin và công suất thấp trong hệ sinh thái IoT rộng lớn.

Công nghệ LoRa hoạt động dựa trên băng tần ISM, các băng tần khác nhau tùy thuộc các khu vực khác nhau, thông thường LoRa sử dụng các tần số trong dãi tần từ 150 MHz đến 960 MHz hoặc rộng hơn.

Ưu điểm của công nghệ LoRa:

• Độ phủ sóng xa: LoRa có thể cung cấp phạm vi phủ sóng xa, vài km trong môi trường đô thị (lên đến 5km), và lên đến hàng chục km ở các khu vực mở (lên đến 15km).
• Tiêu thụ năng lượng thấp: Do tốc độ dữ liệu thấp và công nghệ điều chế phổ trải rộng, LoRa có thể kéo dài thời lượng sử dụng và tăng tuổi thọ của pin giúp các thiết bị hoạt động độc lập trong thời gian dài.
• Băng tần không cấp phép: LoRa hoạt động ở băng tần không cấp phép, trong khoảng 430MHz đến 915MHz áp dụng cho các khu vực khác nhau trên thế giới, hạn chế việc trả phí và các thủ tục đăng ký phức tạp đối với giấy phép phổ tần.
• Độ xuyên thấu cao: Tín hiệu LoRa có khả năng xuyên thấu mạnh và có thể xuyên qua tường và tòa nhà
• Chi phí thấp: chi phí của các mô-đun LoRa tương đối thấp, phù hợp để triển khai trên quy mô lớn.

Nhược điểm của công nghệ LoRa:

• Tốc độ dữ liệu thấp: So với các công nghệ không dây khác (như Wi-Fi hoặc LTE), LoRa có tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn và không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu băng thông cao.
• Dung lượng mạng: Dung lượng của một cổng duy nhất bị hạn chế, điều này có thể gây ra sự chậm trễ hoặc mất dữ liệu khi truyền dữ liệu trong trường hợp thiết bị đầu cuối có mật độ cao.
• Bảo mật: Mặc dù LoRa có cơ chế mã hóa tích hợp AES128, nhưng bảo mật mạng vẫn cần được tăng cường hơn nữa so với các công nghệ truyền thông khác.
• Hạn chế về mức tiêu thụ điện năng: Mặc dù các thiết bị LoRa có mức tiêu thụ điện năng thấp, nhưng mức tiêu thụ điện năng của LoRa vẫn có thể không lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu mức tiêu thụ điện năng rất thấp (như các thiết bị ở chế độ ngủ sâu).

Mặc dù có những hạn chế trên, thiết bị LoRa vẫn phù hợp cho rất nhiều ứng dụng thực tế trong cuộc sống.

LoraWAN là gì?

Thông số kỹ thuật mở LoRaWAN là tiêu chuẩn mạng diện rộng (LPWAN) công suất thấp do LoRa Alliance, một liên minh công nghệ phi lợi nhuận quản lý. Được thiết kế để kết nối không dây các thiết bị chạy bằng pin với internet trong các mạng khu vực, quốc gia hoặc toàn cầu. Tiêu chuẩn LoRaWAN đáp ứng các yêu cầu chính của Internet vạn vật (IoT) như giao tiếp hai chiều, bảo mật đầu cuối, tính di động và dịch vụ định vị địa lý. LoRaWAN tận dụng phổ vô tuyến không được cấp phép trong băng tần Công nghiệp, Khoa học và Y tế (ISM). Thông số kỹ thuật xác định thiết bị đến cơ sở hạ tầng của các tham số lớp vật lý LoRa và tiêu chuẩn LoRaWAN, đồng thời cung cấp khả năng tương tác liền mạch giữa các nhà sản xuất. Tiêu chuẩn LoRaWAN được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), cơ quan chuyên môn của Liên hợp quốc về công nghệ thông tin và truyền thông (ICT), công nhận là tiêu chuẩn cho LPWAN.

LoRa cho phép liên kết giao tiếp tầm xa nhưng nằm ở lớp vật lý thấp hơn nên các lớp mạng bên trên còn thiếu. LoRaWAN là một giao thức được phát triển để xác định các lớp trên của mạng, là giao thức lớp điều khiển truy cập phương tiện (MAC) dựa trên đám mây, nhưng chủ yếu hoạt động như một giao thức lớp mạng để quản lý giao tiếp giữa các cổng LPWAN và các thiết bị nút cuối, như một giao thức định tuyến do Liên minh LoRa duy trì.

Các lớp mô hình của LoRa và LoRaWAN

LoRaWAN cũng chịu trách nhiệm quản lý tần số giao tiếp, tốc độ dữ liệu và công suất cho tất cả các thiết bị. Các thiết bị trong mạng không đồng bộ và truyền khi chúng có dữ liệu để gửi. Dữ liệu được truyền bởi một thiết bị nút cuối được nhiều cổng tiếp nhận, chuyển tiếp các gói dữ liệu đến một máy chủ mạng tập trung. Sau đó, dữ liệu được chuyển tiếp đến các máy chủ ứng dụng. Công nghệ này cho thấy độ tin cậy cao đối với tải vừa phải.

Kiến trúc mạng LoRaWAN điển hình

1. Thiết bị cuối (End devices): Là những các cảm biến hoặc thiết bị truyền không dây (có sử dụng Module LoRa) truyền và nhận dữ liệu từ các LoRa Gateway khi kết nối với mạng LoRaWAN.
2. Cổng LoRaWAN (Gateway LoRaWAN): Đóng vai trò chuyển tiếp dữ liệu giữa thiết bị cuối và Network Server.
3. Máy chủ mạng (Network Server): Nhận dữ liệu từ các Gateway LoRa, sau đó xử lý, lọc, và truyền tải dữ liệu đến các ứng dụng đích. Nó quản lý toàn bộ mạng LoRaWAN, bao gồm việc xác thực các thiết bị khi chúng kết nối vào mạng, cấp phát và quản lý các khóa mã hóa (encryption keys) để bảo mật dữ liệu, đảm bảo rằng dữ liệu truyền tải trên mạng LoRaWAN được bảo vệ khỏi truy cập trái phép.
4. Máy chủ ứng dụng (Application Server): Là lớp nằm ở đỉnh của mô hình giao tiếp, nhận dữ liệu được truyền từ các thiết bị cuối (end devices) thông qua Network Server, sau đó xử lý và lưu trữ để tạo ra thông tin hữu ích một cách an toàn. Ví dụ, dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ sẽ được giải mã và hiển thị trên một ứng dụng theo dõi.

Ứng dụng của công nghệ LoRa

Với những ưu điểm khá tuyệt vời, LoRa có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng thực tiễn như:

1. Đo lường nước và ga
2. Bãi xe thông minh
3. Đèn đường thông minh
4. Giao thông thông minh
5. Tòa nhà thông minh
6. Thành phố thông minh
7. Năng lượng thông minh
8. Nông nghiệp thông minh
9. Theo dõi tài sản
10. Tự động hóa công nghiệp
11. Hệ thống IoT
12. M2M
13. Và các ứng dụng khác

Các thiết bị ứng dụng công nghệ LoRa: