Tìm hiểu về mạng LoRaWAN và cơ chế hoạt động như thế nào

Hiện nay, mô hình Internet of Things hay được gọi là IoT đang có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh chóng, từ đó mạng LoRaWAN ra đời. Hãy cùng Pgdphurieng.edu.vn tìm hiểu về mạng LoRaWAN và cơ chế hoạt động ra sao nhé!

Khái quát về mạng LoRaWAN

LoRaWAN hay còn được gọi là Long Range Wireless Area Network có chức năng giao tiếp giữa các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng ở một khoảng cách xa được LoRa Alliance tạo ra. 

Giao thức LPWAN là tên gọi chung của LTE-M, NB-IoT, SigFox và một số giao thức khác. LPWAN có công suất hoạt động thấp (20dBm), tốc độ bit thấp hơn (tối đa 10Mb/giây) và mạng IoT tầm xa dưới 10km. 

Các thành phần của mạng LoRaWAN

End Devices

End Devices (thiết bị cuối) là một cảm biến hay thiết bị truyền động được kết nối không dây với mạng LoRaWAN thông qua các Gateway sử dụng công nghệ điều chế LoRa. Nó được ứng dụng để chiếu sáng đường phố, khóa cửa, ngắt van nước, ngăn rò rỉ…

Gateway LoRaWAN

Gateway LoRaWAN (cổng LoRaWAN) là đầu nối mạng chuyển đổi giao thức truyền thông Lora thành TCP, giao thức IP và truyền dữ liệu của thiết bị LoRaWAN vào mạng, làm giảm khả năng lỗi gói cũng giảm chi phí pin cho các cảm biến di động có tính năng xác định vị trí.

Network server

Network server (máy chủ mạng): quản lý toàn bộ hệ thống mạng, điều chỉnh hệ thống, thiết lập kết nối AES 128-bit an toàn để truyền tải và kiểm soát dữ liệu. Nó đảm bảo tính xác thực của mọi cảm biến trên mạng và tính toàn vẹn của các thông báo.

Application servers

Application servers (máy chủ ứng dụng) chịu trách nhiệm xử lý, quản lý và diễn giải dữ liệu nhận được từ các cảm biến một cách an toàn, đồng thời tạo ra một downlink payloads tới các thiết bị đầu cuối.

Join Server

Join Server quản lý quá trình kích hoạt cho các thiết bị cuối được thêm vào mạng. Nó chứa thông tin để xử lý các yêu cầu tham gia vào mạng, báo cho network server và application servers nào sẽ được kết nối với thiết bị đầu cuối và thực hiện mã hóa quá trình đó.

Cách thức hoạt động của LoRaWAN

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

Cấu trúc liên kết LoRaWAN cơ bản được lấy từ đầu vào LoRa Alliance. Nó bao gồm hai phần chính. Cấu trúc liên kết hình sao tầm xa bao gồm một máy chủ mạng LoRaWAN trung tâm được kết nối với các cổng LoRa trung gian. 

Từ các cổng này, các nút cuối kết nối với nền tảng IoT và các mô-đun ứng dụng. Quá trình giao tiếp này diễn ra từ cả hai hướng. Để biết rõ thêm cách thức hoạt động, mời bạn vui lòng truy cập https://lora-alliance.org/.

Ứng dụng của LoRaWAN

Ưu điểm

• Các cảm biến sẽ được sử dụng dưới công suất thấp và phủ rộng trên không gian lớn. 
• Sử dụng công nghệ không cần chi phí trả trước.
• Các thiết bị được cung cấp lượng pin lâu dài do nguồn cấp điện thấp.
• Các cổng Gateway có thể kết nối hàng nghìn thiết bị cuối hoặc các nút.
• Dung lượng đường truyền lên đến 100 byte so với SigFox là 12 byte.
• Chi phí kết nối thấp.

Nhược điểm

• Không thể truyền dữ liệu lớn, giới hạn trong 100 byte dữ liệu.
• Không thích hợp cho các ứng dụng thời gian thực yêu cầu độ trễ thấp và yêu cầu rung giật hạn chế.
• Mật độ các LoRaWAN ngày càng nhiều làm cho công nghệ LPWAN khó tồn tại cùng nhau. 

Làm thế nào để kết nối với mạng LoRaWAN

Đối với những người dùng cá nhân, LoRaWAN cung cấp miễn phí. Để kết nối bạn chỉ cần sử dụng mạng cục bộ bất kì có bảo mật 128-AES. LoRaWAN hiện có mặt tại hơn 100 quốc gia cùng hơn 100 nhà khai thác hàng đầu thế giới sử dụng do chi phí rẻ.

Bạn có thể đăng kí những nền tảng LoRaWAN như sau:

• Things Network: Things Network là một hệ sinh thái của LoRaWAN lớn nhất hiện nay. Một số ứng dụng của Things Network có thể kể đến như: bãi đậu xe thông minh, theo dõi gia súc hay tưới tiêu thông minh. 
• AWS: Đây là hệ sinh thái IoT thuộc Amazon. 
• LoRa Server:  Để kết nối với Google Cloud IoT thì LoRa server cung cấp cho bạn lựa chọn sử dụng tốt nhất.
• Link Labs: Cung cấp giải pháp phần cứng cho LoRaWAN.

Ứng dụng của LoRaWAN đối với đời sống

Hiện nay, LoRaWAN ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ thành Thố thông minh, Ứng dụng công nghiệp, Chăm sóc sức khỏe, Nông nghiệp. Cụ thể hơn là:

• Hệ thống chiếu sáng thông minh.
• Giám sát chất lượng không khí và ô nhiễm.
• Quản lý phương tiện và bãi đậu xe thông minh.
• Phát hiện bức xạ và rò rỉ.
• Tăng cường an ninh gia đình.
• Quản lý và thiết bị theo dõi sức khỏe.
• Quản lý chăn nuôi và trồng trọt thông minh.
• Cảm biến mực nước và kiểm soát tưới tiêu.

Hi vọng qua những thông tin bên trên, bạn sẽ hiểu hơn về mạng LoRaWAN và cơ chế hoạt động như thế nào. Nếu có thắc mắc hãy bình luận cho chúng tôi biết nhé.