Jaka jest różnica między LoRa a LoRaWAN?
LoRa to technika radiowa: modulacja, która rozprasza wąski sygnał tak szeroko, że jest wykrywany nawet poniżej poziomu szumu. Daje to zasięg kosztem przepływności. LoRaWAN to protokół sieciowy nad nią. Określa, jak urządzenia rejestrują się w sieci, jak dane są szyfrowane i jak trafiają z bramki do serwera sieciowego. Więcej w artykule LoRa czy LoRaWAN?.
Jak zbudowana jest sieć LoRaWAN?
- Urządzenie końcowe: licznik lub czujnik. Wysyła dane drogą radiową, nie będąc przypisanym do określonej bramki.
- Bramka: odbiera wszystkie pakiety LoRa w zasięgu i przekazuje je przez Ethernet lub sieć komórkową do serwera sieciowego.
- Serwer sieciowy: sprawdza pakiety, usuwa odebrane podwójnie i zarządza urządzeniami oraz kluczami. Przykłady to The Things Network i ChirpStack.
- Serwer aplikacji: odszyfrowuje dane użytkowe i przekazuje je do Państwa systemu przez MQTT, HTTP lub API.
Dane użytkowe są szyfrowane dwukrotnie algorytmem AES-128: raz dla sieci i raz od końca do końca dla aplikacji. Bramka nie widzi treści.
Jak urządzenie rejestruje się w sieci: OTAA czy ABP?
W OTAA (Over-the-Air Activation) urządzenie wysyła żądanie dołączenia z DevEUI i JoinEUI. Serwer sieciowy sprawdza je za pomocą AppKey i nadaje nowe klucze sesji. W ABP (Activation by Personalization) klucze sesji są na stałe zapisane w urządzeniu. OTAA jest bezpieczniejsze i jest typową drogą.
Co oznaczają klasy A, B i C?
| Klasa | Odbiór | Pobór energii | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|
| A | po każdym nadawaniu dwa krótkie okna odbiorcze | bardzo niski | czujniki zasilane bateryjnie, wodomierze |
| B | dodatkowe okna odbiorcze według harmonogramu | niski | urządzenia otrzymujące polecenia o stałych porach |
| C | odbiór otwarty prawie bez przerwy | wyższy | urządzenia zasilane z sieci, takie jak liczniki energii |
Jaki zasięg ma LoRaWAN?
Na zewnątrz typowe jest kilka kilometrów, na terenach wiejskich przy otwartej widoczności znacznie więcej. W budynkach zasięg jest mniejszy: stropy betonowe, metalowe drzwi i szafy licznikowe mocno tłumią sygnał, a piwnice są często najtrudniejsze. Bramka w budynku lub antena zewnętrzna przy liczniku zwykle rozwiązują problem.
Jak daleko dotrze pakiet, zależy też od współczynnika rozpraszania, od SF7 do SF12. Wyższy współczynnik sięga dalej, ale transmisja trwa dłużej i zużywa więcej ograniczonego czasu nadawania. Dzięki ADR (Adaptive Data Rate) serwer sieciowy wybiera dla każdego urządzenia najmniejszy współczynnik, który jeszcze niezawodnie dociera.
Dlaczego LoRaWAN nie dostarcza wartości sekundowych?
W paśmie EU868 urządzenie może nadawać w większości podpasm najwyżej przez 1 % czasu. Przy wysokim współczynniku rozpraszania pojedynczy pakiet może trwać ponad sekundę, a przerwa po nim jest odpowiednio długa. Dla liczników to nie wada: jedna wartość co 15 minut wystarcza do rozliczeń i profilu obciążenia.
Pakiet LoRaWAN ma przy tym tylko kilkadziesiąt bajtów i jest zakodowany binarnie. Aby z bajtów powstały stany liczników, serwer sieciowy lub serwer aplikacji potrzebuje dekodera dla danego urządzenia. Jak to zrobić, pokazuje artykuł Dekodowanie payloadu LoRa.
LoRaWAN z urządzeniami EMU
Licznik energii EMU Professional II z LoRa działa zgodnie z LoRaWAN 1.0.3 w klasie C, domyślnie rejestruje się przez OTAA i co 15 minut wysyła pobór i oddawanie energii dla każdej taryfy. Jest dostępny z anteną wewnętrzną lub dodatkowo ze złączem SMA dla anteny zewnętrznej.
Dla The Things Network jest szablon urządzenia, a dekoder udostępniamy na GitHubie. Instrukcja znajduje się w EMU Professional II LoRa w The Things Network. Kto nie chce prowadzić własnego serwera sieciowego, odbiera wartości bezpośrednio w Joulio-Web ze zintegrowanym serwerem sieciowym.