فناوری LoRa یک استاندارد برای انتقال داده ها بین تجهیزات و درگاه های ارتباطی توزیع شده س. براساس فناوری Chirp Spread Spectrum(CSS) که شبیه راه ارتباطی دلفینها و خفاشهاست طراحی شده. LoRa در لایه فیزیکی مدل شبکه قرار می گیره و آرایش شبکه بین تجهیزات پایانی به صورت Peer-to-Peerپیاده سازی میشه.
اما LoRaWAN ساخته شده از سرکلمه های Long Range Wide Area Network ، یه پروتکل لایه MACه که روی مدولاسیون LoRa ساخته شده. در لایه شبکه قرار میگیره. یک لایه نرم افزاریه که نحوه استفاده دستگاهها از سخت افزار LoRa رو مشخص می کنه. مثلاً قالب پیامهای ارسالی رو تعیین می کنه. این پروتکل توسط اتحادیهLoRa (LoRa Alliance) توسعه و نگهداری میشه. آخرین نسخه موجود 1.0.4 برای سری 1.0و 1.1 برای سری 1.1 هست.
فناوری LoRA برای برنامه هایی که بسته های کوچک اطلاعات رو جابجا می کنن یه انتخاب ایده آله. البته این رو بگم که در شبکه های بی سیم هیچ چیز کاملاً ایده آل نیست. این مدولاسیون محدوده ارتباطی خیلی بیشتری با پهنای باند کم نسبت به سایر رقباش داره.
چرا LoRa/LoRAWAN؟
این تکنولوژی مزایای زیادی رو برای کاربراش داره. این مزایا عبارتند از:
ساختار LoRAWAN:
دستگاههای پایانی با درگاههای ارتباطی نزدیکشون ارتباط برقرار می کنن و چون شبکه های LoRaWAN از پروتکل مبتنی بر ALOHA استفاده می کنن دیگه نیازی به جفت شدن با درگاه بخصوصی ندارن.پیامهای ارسالی از تجهیزات از طریق همه درگاههای موجود در محدوده آنها به سمت سرور حرکت میکنن. وظیفه پالایش پیامها و تشخیص و جداسازی پیامهای تکراری برعهده سرور شبکه س.
ضریب گسترش – Spread Factor:
مدولاسیون LoRa از ضریب گسترش برای انتقال پیامها استفاده می کنه که روی دامنه پوشش دهیش مؤثره. این ضریب 6 سطح SF7تا SF12 داره. SF7 سریعترین حالته اما برای موقعیتهای حساس زیاد قابل اعتماد نیست و در مقابل SF12کندترین حالت رو داره اما دامنه بیشتری رو پوشش میده. تأثیر این ضریب روی پارامترهای مختلف انتقال پیامها به صورت زیره:
برای مثال با افزایش SF میزان فاصله قابل پوشش LoRa افزایش و در مقابل Bit Rate کاهش پیدا می کنه. در مورد میزان حساسیت دریافت کننده، پهنای باند ثابت درنظر گرفته شده.
پهنای باند و پلنهای فرکانسی:
در LoRa ما سه پهنای باند رو می تونیم برای ارتباطاتمون اعمال کنیم: 125، 250 و 500 کیلوهرتز. پهنای باند بیشتر نرخ بیت بالاتری هم فراهم می کنه. در تبادلات محدودیت اندازه پیام هم داریم چون تأثیر زیادی روی سرعت ارسال داره.
در خصوص استفاده از LoRa این نکته رو هم باید در نظر بگیرید که در پلنهای فرکانسی خاصی بدون نیاز به مجوز مجاز به راه اندازی شبکه خودتون هستین که در مناطق مختلف می تونه متفاوت باشه. پلنهای مجاز برای هر منطقه در این لینک دردسترسه. از آخرین پلنها میشه به EU863-870 که معمولاً به اسم EU868 شناخته میشه و US902-928(US915) اشاره کرد. این پلنها شامل باندهای فرکانسی 315، 434، 868 و 915 مگاهرتز هستند.
لیست کامل تمامی پلنهای فرکانسی
یک ابزار مفید:
سایت The Things Network بستری مناسب برای کار و راه اندازی شبکه ها مبتنی بر LoRa فراهم کرده که خدمات مناسبی ارائه میده. در این سایت یک ماشین حساب برای محاسبه مدت زمان لازم برای ارسال پیام با توجه به پارامترهای میزان بایت ورودی، SF، منطقه و پهنای باند قرار داره که می تونه کمک زیادی بهتون در انتخاب سخت افزار مناسب بکنه.
سخت افزار:
برای راه اندازی پروژه ها با کمک LoRa ماژولهای ارتباطی مختلفی وجود داره که اغلب هم سازگار با آردوینو هستند. برای مثال RFM95 که برای 4 فرکانس کاری عنوان شده در بخشهای قبلی در بازار موجوده؛ و یا SX1276
پروتکل LoRaWAN برای چه جاهایی مناسبه؟
برای طرحهایی که به برد بلند، توان کم، هزینه پایین، پهنای باند کم، امکان پوشش در همه جا و امنیت نیازمندن.
پروتکل LoRaWAN برای چه جاهایی مناسب نیست؟
داده های بلادرنگ، تماسهای تلفنی، کنترل چراغهای خانه، ارسال تصاویر و ویدیو
نمونه های استفاده از فناوری LoRa:
نظارت بر زنجیره سرد واکسن، حفاظت از حیوانات، مراقبت از بیماران مبتلا به زوال عقل، مزارع هوشمند، صرفه جویی در مصرف آب، ایمنی غذا، سطل های زباله هوشمند، دوچرخه خای هوشمند، ردیابی تجهیزات فرودگاه، پایش فضای کار، سلامت گاوها در گاوداری ها و استفاده در ماهواره ها
منبع برای مطالعه بیشتر:
در فصلهایی از کتاب LPWAN Technologies for IoT and M2M Applications در خصوص LoRa و LoRaWAN مطالب جامع و مناسبی ارائه شده. این کتاب رو که در سال 2020 توسط Elsevier منتشر شده می تونید از کانال تلگرام ما دانلود کنید.
