LoRa là gì ? LoRa hoạt động như thế nào

Các thiết bị IOT ngày nay sử dụng một số công nghệ truyền thông khác nhau. WIFI có ở khắp mọi nơi, tuy nhiên nó lại tiêu tốn năng lượng, và dễ bị rớt dữ liệu khi truyền. Do đó nó không phải là một sự lựa chọn hoàn hảo cho các thiết bị tiêu tốn ít năng lượng, và chỉ truyền nhận một lượng dữ liệu nhỏ. Bluetooh cho phép truyền thông cục bộ, tuy nhiên khoảng cách truyền nhận lại ngắn. Bluetooth cũng tiêu tốn năng lượng hơn cần thiết thậm chí là cả Bluetooth Low Energy. Zigbee là một sự lựa chọn tốt hơn nhờ năng lượng tiêu thụ thấp hơn, khả năng truyền xa hơn tại tốc độ thấp.

LoRa là gì ?

LoRa là công nghệ được phát triển bởi Semtech. Nó là một giao thức không dây mới được thiết kế đặc biệt cho truyền thông tầm xa với công suất thấp. LoRa là viết tắt của Long Range Radio và chủ yếu được nhắm mục tiêu cho các mạng M2M và IoT.

Liên minh LoRa được thành lập để tiêu chuẩn hóa LPWAN (Low power Wide Area Network) cho IoT. Liên minh là một hiệp hội phi lợi nhuận có tư cách thành viên từ một số công ty lớn trên thị trường như CISCO, actility, MicroChip, IBM, STMicro, SEMTECH, Orange mobile,….. LPWAN có nhiều công nghệ nhưng trong đó có bốn công nghệ chính: LoRa, Sigfox, NB-IoT, LTE-M

Khoảng cách và công suất

Công nghệ	Truyền thông không dây	Khoảng cách	TX Power
Bluetooth	Khoảng cách ngắn	10 m	2.5 mW
Wifi	Khoảng cách ngắn	50 m	80 mW
3G /4G	Mạng di động	5 km	5000 mW
LoRa	LPWAN	2-5 km (urban) 5-15 km (rural) > 15 km (LOS)	20 mW

Trên thị trường có một số module LoRa có thể đạt tới khoảng cách 3km hoặc thậm chí là 8 km

Tốc độ truyền

LoRa có tốc độ truyền từ 0.3 kbps tới 5.5 kbps

Mạng Lora

Một gateway Lora có thể xử lý lên tới 100 thiết bị cùng một thời điểm.

Gateway có thể lắng nghe trên nhiều tần số đồng thời

Truyền thông LoRa là 2 chiều

Uplink: Truyền dữ liệu từ Node tới Gateway

Downlink: Truyền dữ liệu từ Gateway tới Node

Băng tần Lora

LoRa hoạt động trên băng tần ISM không được đăng kí. Tại mỗi quốc gia hoặc vùng lãnh thổ có các quy định khác nhau như hình phía dưới

Các loại thiết bị LoRaWAN

LoRaWAN định nghĩa 3 loại nhóm thiết bị chính:

• Class A (All) Các thiết bị chạy bằng pin. Mỗi thiết bị chủ yếu là gửi dữ liệu tới Gateway, và chỉ lắng nghe nhận dữ liệu về trong 2 khe thời gian ngắn
• Class B(eacon) Giống với nhóm A, nhưng thiết bị nhóm B mở rộng hơn khe thời gian nhận dữ liệu
• Class C(ontinous) Giống với nhóm A nhưng thiết bị luôn luôn lắng nghe. Do đó thiết bị tiêu thụ nhiều công suất hơn và do đó thường sử dụng nguồn điện thay vi pin.

Class A

Một node class A có thể gửi bản tin vào bất cứ lúc nào. Sau khi kết thúc quá trình truyền, node sẽ thực hiện lắng nghe phản hồi từ gateway.

Node sẽ mở 2 khe thời gian t1, và t2 sau khi truyền dữ liệu. Gateway có thể phản hồi vào một trong hai khe thời gian (không được cả hai).

Class B

Ngoài các khe nhận của Class A, các thiết bị Class B mở thêm các khe nhận vào các thời điểm đã lên lịch. Node nhận được một báo hiệu được đồng bộ thời gian từ Gateway, cho phép Gateway biết khi nào node đang lắng nghe. Thiết bị loại B không hỗ trợ chức năng của thiết bị loại C

Class C

Ngoài các khe nhận lớp A, một thiết bị lớp C sẽ lắng nghe liên tục các phản hồi từ Gateway. Thiết bị loại C không hỗ trợ chức năng của thiết bị B.

Một số ứng dụng của LoraWan

Nông nghiệp

Một số LoRa sensor được sử dụng để giám sát các vùng theo thời gian thực, giúp người nông dân có thể ra quyết định một cách chính xác. Bằng cách đo độ ẩm và khoáng chất trong đất, có thể xác định được việc sử dụng nước và phân bón. Nó làm giảm lãng phí và tận dụng các nguồn lực một cách hợp lý.

Đỗ xe

Trong các thành phố lớn, lượng xe ô tô là rất lớn. Chúng ta thường hay phải đi lòng vòng để tìm được 1 chỗ đỗ xe. Rất may là chúng ta có thể ứng dụng LoRa để giải quyết bài toán này. Mỗi chỗ đỗ xe sẽ bố trí một cảm biến Lora để phát hiện ở đó đã có xe hay chưa. Thông tin đó có thể được hiển thị trong ứng dụng dành cho thiết bị di động, giúp người lái xe có thể chủ động biết khu vực đó có còn chỗ trống không.

Nhà máy

LoRaWan cũng có thể được ứng dụng trong nhà máy. Trong nhiều nhà máy các sensor, hoặc thiết bị chấp hành được đặt xa phòng điều khiển trung tâm, việc kéo dây là rất khó khăn. Trong tình huống này, chúng ta có thể sử dụng LoRaWan như là một lựa chọn thay thế để truyền nhận dữ liệu từ phòng điều khiển trung tâm. Một số ứng dụng như: giám sát năng lượng, điều khiển van đóng mở.