Tìm hiểu về LoRaWAN và Cách hoạt động

diagrama_lorawan_3_big

Cách đây một vài năm mọi người đang nói về Internet of Things sẽ thay đổi thế giới như thế nào. Nhưng tầm nhìn về việc kết nối hàng tỷ thiết bị có những thử thách nhất định. Các mạng không dây hiện tại như Bluetooth, Bluetooth Low Energy, WiFi và ZigBee đều không thích hợp cho những ứng dụng tầm xa. Mạng di động (cellular) càng không thể dùng để các giao tiếp từ xa machine-to-machine vì quá tốn năng lượng. Nhìn chung, tất cả các loại mạng đều rất đắt đỏ về phần cứng và dịch vụ.

Điểm quan trọng của ứng dụng IoT yêu cầu chỉ truyền rất ít bit dữ liệu để theo dõi (monitor) các thiết bị tầm xa. Hệ thống mạng di động thì không phù hợp với vấn đề năng lượng pin (battery) và hiệu quả kinh tế khi gửi ít dữ liệu đi. Vì vậy, Low Power Wide Area Network (LPWAN) được đưa ra cho những ứng dụng này. LPWAN thích hợp cho việc gửi một lượng nhỏ dữ liệu với khoảng cách xa, trong khi thời lượng pin dài.

LoRa là gì?

LoRa™ (Long Range) là một kỹ thuật điều chế (modulation) dựa trên kỹ thuật Spread-Spectrum và một biến thể của Chirp Spread Spectrum (CSS), nó cho một khoảng cách xa hơn đáng kể cách kỹ thuật khác. Kỹ thuật không dây LoRa được phát triển bởi Cycleo SAS (sau này được mua lại bởi Semtech).

LoRaWAN là gì?

Điều chế LoRa nằm ở lớp vật lý (physical layer) của LoRaWAN, nó là một MAC protocol cho high capacity long range và Low Power Wide Area Networks (LPWAN). LoRa Alliance là một tổ chức mở phi lợi nhuận với các thành viên làm việc để chuẩn hóa LoRa Wide Area Network protocol (a.k.a LoRaWAN) cho LPWAN. LoRaWAN chú trong vào những nhu cầu cơ bản của IoT như bảo mật giao tiếp 2 chiều (bidirection communication), tính di động và các dịch vụ nội địa.

Image Source: Lora Alliance
Image Source: Lora Alliance

Hơn nữa, LoRaWAN network server quản lý data rate và RF output cho mỗi end-device một cách độc lập bằng giá trị trung bình (mean) của biểu đồ data rate thích nghi (adaptive data rate (ADR)), nó có thể mở rộng thời lượng pin và điều khiển thiết bị cuối lên tới 10 năm, và còn gia tăng tổng dung lượng network tới mức độc rất lớn.

LoRaWAN hoạt động như thế nào?

Cấu trúc LoRaWAN network thì thường được đặt trong mô hình star-of-stars mà Gateways là một cầu nối được ẩn đi chuyển tiếp các message giữ thiết bị đầu cuối với server trung tâm network ở backend. Các Gateway được kết nối với server của network thông qua kết nối IP chuẩn trong khi thiết bị đầu cuối dùng giao tiếp không dây single-hop đến một hoặc nhiều gateway.

Kết nối giữa các thiết bị đầu và gateway.
Kết nối giữa các thiết bị đầu và gateway. Image Source: Lora Alliance

Một single LoRaWAN Gateway bao phủ hơn 10Km và tương đối rẻ. Với những lợi ích của khoảng cách xa của LoRaWAN, The Things Network bao phủ thành phố Amsterdam với chỉ 10 gateways và mất khoản 1200 dollar.

Vì LoRaWAN đang được thiết kế như một cách mà nó dùng để tạo ra một mạng phủ rộng toàn quốc và giúp ta xây dựng các cơ sở hạ tầng quan trọng của Internet of Things, nên bảo mật là điểm đang lưu tâm. LoRA Alliance đã cố để tạo ra LoRaWAN rất an toàn bằng các thêm 3 lớp bảo mật khác nhau:

  • Network key riêng để đảm bảo độ bảo mật trên lớp network
  • Application key riêng để đảm bảo 2 đầu của của lớp ứng dụng.
  • Key đặt biệt của thiết bị

Mặc dù có những lựa cho khác cho LPWAN như Sigfox, LoRa này dựa trên LPWAN có vẻ đầy hứa hẹn và phổ biến hơn.

Nguồn IoTleague.com

Comments

linhkienbachkhoa

Comments