LoRaWAN hoạt động như thế nào? Tại sao nó lại quan trọng đối với IoT?

LoRaWAN hoặc Long Range Wireless Area Network (Mạng không dây tầm xa) rất hữu ích trong giao tiếp giữa các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng ở khoảng cách xa. Tóm lại, nó là một giao thức không dây tiêu chuẩn mở do LoRa Alliance tạo ra.

Hiện tại, LoRaWAN đang cạnh tranh với LTE-M (LTE for Machines), NB-IoT (Narrow-Band), SigFox và một số giao thức khác. Tất cả các giao thức này được gọi chung là LPWAN hoặc Low Power Wide Area Network (Mạng diện rộng công suất thấp).

Như được hiển thị trong bảng dưới đây, LPWAN hoạt động với công suất thấp hơn (20dBm), tốc độ bit thấp hơn (tối đa 10Mb/giây) và mạng IoT tầm xa (<10 km).

LPWAN có các ứng dụng khác nhau so với các dịch vụ di động thông thường như LTE, GSM hoặc WiMAX. Ở đây, tốc độ dữ liệu nhanh không quan trọng bằng việc hỗ trợ nhiều thiết bị, cải thiện vùng phủ sóng và giảm thiểu lượng điện tiêu thụ.

Vì có hàng tỷ thứ được kết nối trong mạng lưới Internet of Things, nên LoRaWAN và các giao thức LPWAN khác đang ngày càng trở nên quan trọng.

LoRaWAN hoạt động như thế nào?

Một trong những đặc điểm cơ bản của LoRaWAN là hoạt động trong phạm vi phổ không được cấp phép dưới 1GHz. Trong khi, WiFi hoạt động ở tần số được cấp phép cao hơn là 2.4GHz và 5GHz và 4G trong khoảng từ 2 đến 8GHz.

Hiện tại, một số băng tần ISM khu vực trong LoRaWAN là EU 868, EU 433, US 915 (Châu Mỹ) và AS 430 (Châu Á). Cấu trúc của LoRaWAN bao gồm hai lớp: Lớp vô tuyến vật lý, LoRa (Long Range - Tầm xa) và lớp mạng mà nền tảng LoRaWAN tồn tại. Hiện tại không có tài liệu trực tuyến về lớp vật lý, nhưng mọi người đang cố gắng giải mã nó.

Cấu trúc liên kết cơ bản của LoRaWAN có nguồn gốc từ đầu vào LoRa Alliance. Nó chứa hai bộ phận thiết yếu.

Cấu trúc sao tầm xa bao gồm một máy chủ mạng LoRaWAN ở trung tâm kết nối với các cổng LoRa trung gian.

Từ các cổng đó, các node cuối kết nối với các mô-đun cho các ứng dụng và nền tảng IoT. Các giao tiếp xảy ra theo cả hai hướng.

Trang web LoRa Alliance cung cấp thêm thông tin về LoRaWAN bao gồm các trường hợp điển hình và chi tiết kỹ thuật (tham khảo thêm tại: lora-alliance.org).

Làm thế nào để kết nối?

Đối với người dùng cá nhân, điểm cộng lớn nhất của LoRaWAN là được sử dụng miễn phí nhờ cấu hình mở. Tất cả những gì bạn cần là một thiết bị để tận dụng bất kỳ mạng cục bộ nào có bảo mật 128-AES.

Theo LoRa Alliance, LoRaWAN hiện có mặt ở hơn 100 quốc gia, với hơn 100 nhà khai thác hàng đầu trên toàn thế giới. Trong thực tế, lý do lớn nhất cho sự phổ biến của nó là chi phí rẻ khi quản lý các mạng ở xa.

Tùy thuộc vào nơi sinh sống, bạn có thể đăng ký một trong nhiều nền tảng LoRaWAN bên dưới.

• Things Network: Với gần 60.000 nhà phát triển và hơn 5800 cổng LoRa, Things Network là cộng đồng LoRoWAN mở lớn nhất trên thế giới. Bãi đậu xe thông minh, theo dõi gia súc và tưới tiêu thông minh là một vài ứng dụng khởi đầu mà người dùng có thể tham khảo.
• AWS: Nếu đang sử dụng Things Network, người dùng có thể kết nối với hệ sinh thái IoT của Amazon.
• LoRa Server: Nếu muốn kết nối với Google Cloud IoT, LoRa Server cung cấp một trong những lựa chọn thay thế tốt nhất.
• Link Labs: Link Labs cung cấp phần cứng cho các giải pháp LoRaWAN.

Công dụng hiện tại

Vì sản lượng điện ít hơn nhiều khi sử dụng LoRaWAN, nên nó giúp cải thiện thời lượng pin của các thiết bị IoT. Vì vậy, về cơ bản, với các mạng LoRaWAN, bạn có thể cài đặt các thiết bị cuối một lần và “quên” chúng trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm.

LoRa Alliance có một danh sách các sản phẩm được chứng nhận LoRaWAN, bao gồm các cảm biến, thiết bị theo dõi, đồng hồ nước, smoke signal (tín hiệu khói), v.v... Các mô-đun này được sử dụng trong nông nghiệp, giàn khoan dầu, hệ thống giao thông thông minh, khai thác mỏ và các ứng dụng IoT công nghiệp khác.

Đồng thời, tất cả các nền tảng IoT chính bao gồm AWS, Azure, Google Cloud và HomeKit đều hỗ trợ các sản phẩm LoRaWAN. Một số ứng dụng tiêu dùng bao gồm máy theo dõi trẻ em và người già, giám sát mực nước và quản lý rác thải.

Internet of Things đang trải qua giai đoạn phát triển Wild West. Theo đó, nhiệm vụ lớn nhất hiện nay là làm cho các giải pháp có chi phí rẻ hơn và mở rộng phạm vi tiếp cận. Các mạng sử dụng ít năng lượng như LoRoWAN là cách tốt nhất để làm cho mọi vật trở nên thông minh hơn.

Tuy nhiên, thách thức lớn nhất đối với LoRoWAN là cải thiện tốc độ bit từ 50/100 byte mỗi giây. Rõ ràng, tốc độ như vậy là không đủ để gửi ngay cả một file hình ảnh. Việc điều chỉnh tốc độ tốt hơn nữa sẽ trở nên cần thiết trong tương lai.

Xem thêm:

• Kiến thức về giao thức mạng TCP/IP
• Tìm hiểu và sử dụng hệ thống địa chỉ và giao thức mạng mới IPv6
• Tìm hiểu về giao thức DNSCrypt