Что такое LoRaWAN?

КОМЕТА — провайдер внедрения национального стандарта протокола LoRaWAN, утверждённого приказом Росстандарта от 22 декабря 2023 года

LoRaWAN - Long Range Wide Area Network,- на данный момент новая беспроводная технология, которая используется для передачи данных телеметрии приборов учета и поддерживает совершенно новый класс телематических средств. Это беспроводная технология, которая используется для передачи данных на дальние расстояния при минимальном энергопотреблении.

В отличие от привычного Wi-Fi или других технологий, использующих высокое энергопотребление, LoRaWAN обеспечивает более экономичную и надежную передачу данных.

Она основана на протоколе LoRa (ЛоРа) и разработана специально для использования в интернете вещей (IoT). LPWAN (англ. Low-power Wide-area Network») — энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия.

История LoRaWAN

Новый открытый энергоэффективный сетевой протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks) был представлен компанией Semtech Corporation и исследовательским центром IBM Research в начале 2015 года с целью обеспечить значительные преимущества перед Wi-Fi и сотовыми сетями благодаря возможности развертывания межмашинных (M2M) коммуникаций.

Технология LoRa возникла под эгидой некоммерческой организации LoRa Alliance, основанной компаниями IBM, Semtech, Cisco с целью принятия и продвижения протокола LoRaWAN в качестве единого стандарта для глобальных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN — от англ. Low Power Wide Area Network).

Сама аббревиатура LoRa как раз объединяет в себе метод модуляции LoRa в беспроводных сетях LPWAN, разработанный Semtech, и открытый протокол LoRaWAN.

Разработчики позиционируют значительные преимущества данной технологии перед сотовыми сетями и WiFi благодаря возможности развертывания межмашинных (M2M) коммуникаций на расстояниях до 20 км. и скоростях до 50 Кбит/с., при минимальном потреблении электроэнергии, обеспечивающем несколько лет автономной работы даже на одном аккумуляторе типа АА.

Диапазон применений LoRa очень широк: от домашней автоматизации вроде «умных холодильников» и интернета вещей (Internet of Things, IoT) до промышленности и целых умных городов.

Топология сетей LoRaWAN

Типовая сеть LoRaWAN состоит из конечных узлов, шлюзов, сетевого сервера и сервера приложений.

Конечный узел (End Node) осуществляет управляющие или измерительные функции. Он содержит набор необходимых датчиков и управляющих элементов.

Шлюз LoRa (Gateway/Concentrator) — устройство, принимающее данные от конечных устройств с помощью радиоканала и передающее их в транзитную сеть. В качестве такой сети могут выступать Ethernet, WiFi, сотовые сети и любые другие телекоммуникационные каналы. Шлюз и конечные устройства образуют сетевую топологию типа звезда. Обычно данное устройство содержит многоканальные приёмопередатчики для обработки сигналов в нескольких каналах одновременно. Несколько таких устройств дает зону покрытия сети и прозрачную двунаправленную передачу данных между конечными узлами и сервером.

Сетевой сервер (Network Server) предназначен для управления сетью: заданием расписания, адаптацией скорости, хранением и обработкой принимаемых данных.

Сервер приложений (Application Server) может удаленно контролировать работу конечных узлов и собирать необходимые данные с них.

В конечном счете, LoRaWAN сеть имеет топологию «звезда из звёзд»: конечные узлы через шлюзы образуют прозрачные мосты и общаются с центральным сервером сети. Шлюзами и центральным сервером владеет оператор сети, а конечными узлами – абоненты. При этом абоненты имеют возможность прозрачной двунаправленной и защищенной передачи данных до конечных узлов.

Поскольку LoRaWAN образуют глобальную сеть, ее разработчики ответственно подошли к обеспечению безопасности и конфиденциальности передаваемых в сети данных, обеспечив это за счет шифрования AES на нескольких уровнях.

Преимущества LoRaWAN

LoRa (Long Range) — патентованная проприетарная технология модуляции маломощной сети передачи данных, работающая на скоростях 0,3-50 кб/с с дальностью передачи от 1 до 15 км в нелицензируемом диапазоне частот. Разработана для передачи данных в автономных датчиках экологического наблюдения и коммунальном хозяйстве.

Основные особенности технологии LoRaWAN включают в себя:

• Низкие требования к мощности: Технология LoRaWAN поддерживает дальность до 15 км, до 50 км на открытой местности, и может передавать данные с мощностью до 20 дБм. По этой причине передача данных на частоте 868 МГц будет осуществляться без лицензии, вследствие использования нелицензируемых частот (ISM band). В конечном итоге это снижает конечную стоимость системы.
• Низкие затраты на питание: Технология LoRaWAN предлагает низкие требования к энергопотреблению, благодаря минимальным затратам энергии на передачу небольшого пакета данных, что делает ее идеальной для использования в приложениях IoT с длительным временем жизни батареи.
  
• Простота использования: Технология LoRaWAN проста в настройке и использовании. Протокол предоставляет гибкость и надежность, которые обеспечивают простое и доступное использование. Никаких концентраторов и ретрансляторов. Обычный слесарь-сантехник может монтировать приборы учета. Не требует наличия GSM-сетей и интернета для работы, что актуально на открытых территориях.
  
• Масштабируемость: одна базовая станция способна принимать сигнал от 2млн устройств в сутки. К сети легко подключить дополнительные устройства, что обеспечивает почти неограниченную масштабируемость сети на больших территориях.
  

• Высокая проникающая способность радиосигнала в городской застройке при использовании частот субгигагерцового диапазона.

Лора в России

Расчёт оптимальной конфигурации сети LoRaWAN