О продукции

Предлагаем микросхемы и модули LoRa/LoRaWAN® для построения узлов частных и публичных беспроводных сетей LoRaWAN®.

Адрес для запроса микросхем и модулей LoRa/LoRaWAN: wless@vostok-24.ru

Особенности технологии

Технология LoRaWAN® разработана и поддерживается альянсом LoRa Alliance®

Беспроводная технология LoRa относится к классу технологий LpWAN (Low Power Wide Area Network). Она ориентирована на построение батарейных беспроводных устройств, которым требуется передавать небольшие объемы информации на расстояния до нескольких километров.

Приемники LoRa благодаря использованию современных методов расширения спектра и помехоустойчивого кодирования имеют рекордно высокую чувствительность до -140 дБм, что обеспечивает радиус действия на открытом пространстве до 10 км.

Вместе с тем необходимо помнить, что приемопередатчики LoRa имеют очень маленькие скорости передачи данных так, что рекордные дальности достигаются при скорости 0,3 кбит/c, а верхний технологический предел для скорости передачи данных составляет 50 кбит/c.

Три основные параметра радиосигнала LoRа определяют чувствительности и скорость передаваемых данных

1. Коэффициент расширения спектра Spreading Factor (SF:7,8,9,10,11,12)

2. Ширина полосы Bandwidth (BW: 125кГц, 250 кГц, 500 кГц)

3. Forward Error Correction Code Rate (CR)

При высоких значениях SF (10, 11, 12) приемник LoRa может принимать данные при уровнях сигнала меньших уровня шума. Так, при SF=12 отношение сигнал/шум входного сигнала, который может еще быть распознан приемником LoRa, имеет типовое значение -20 дБм

При одном и том же значении SF использование более узкополосного сигнала (с меньшей скоростью передачи данных) увеличивает чувствительность приемника.

Технология LoRa обладает высокой помехоустойчивостью. Её сигналы ортогональны сигналам с другими видами модуляции и также сигналы LoRa c разными значениями SF ортогональны между собой.

Приемопередатчики LoRa могут гибко менять свои настройки, обеспечивая динамический обмен между скоростью передаваемых данных и чувствительностью в зависимости от помеховой обстановки и необходимой дальности связи.

Протокол LoRaWAN разработан как стандарт сетевой инфраструктуры для интеграции конечных устройств LoRa в системы сбора данных и управления.

В сети LoRaWAN шлюзы Gateways выполняют роль устройств, преобразующих физическую среду передачи сообщений из низкоскоростной беспроводной среды в какую-либо среду, где могут распространятся IP-пакеты, например, LTE или Ethernet. Конечные устройства для связи с одним или несколькими шлюзами используют беспроводную модуляцию LoRa или FSK. Управляет сбором данных в сети LoRAWAN сервер сети Network Server. В общем случае взаимодействия в сети являются двунаправленными, но предполагается, что восходящий трафик преобладает.

Взаимодействие между конечными устройствами и шлюзами распределено по частотным каналам frequency channels. Каждый частотный канал разделяется еще на несколько кодовых каналов с разным скоростям передачи данных Data Rates (DR). Параметр DR представляет собой совокупность таких настроек, как вид модуляции (LoRa или FSK) и значений SF/BW для модуляции LoRa или значения скорости передачи данных для модуляции FSK.

Таблицы допустимых частотных каналов и значений DR приводятся в документе LoRaWAN Regional Parameters, который содержит целый набор спецификаций физического уровня LoRaWAN, учитывающих требования регулирующих органов отдельных стран.

Согласно этому документу основной спецификацией для России является спецификация RU864-870. Эти спецификации задают обязательные частотные каналы, которые должны поддерживаться всеми конечными устройствами LoRaWAN и всеми шлюзами. Также спецификация оговаривает правила формирования дополнительных опциональных частотных каналов.

В сети LoRaWAN используется технология адаптивной подстройки скорости передачи данных Adaptive Data Rate (ADR). Она заключается в том, что сетевой сервер или сам конечный узел могут динамически менять скорость передачи данных Data Rate (DR) и выходную мощность в зависимости от качества сигнала, поступившего от этого узла на шлюз. Таким образом, сеть всегда стремится установить индивидуально для каждого узла как можно более высокую скорость и как можно более низкую выходную мощность, при которых данные от этого узла еще будут приниматься без ошибок. Это позволяет узлам расходовать минимально необходимое количество энергии для передачи своих данных и одновременно повышает пропускную способность сети.

Конечные устройства LoRaWAN делятся на три класса по способности принимать данные от центрального сервера.

Класс А – это класс устройств, имеющих батарейное питание. Такие устройства передают свои данные на сервер в своем темпе, и после каждой передачи какое-то время не переходят в спящий режим для того, чтобы принять данные от сервера, если такие имеются. При этом нет никаких требований к тому, как часто конечные устройства должны связываться с сервером.

Этот режим работы должен поддерживаться всеми конечными устройствами LoRаWAN.

Класс B – это класс устройства, имеющих батарейное питание, у которых нисходящая передача данных выполняется в заданных временных слотах и синхронизируется сетевым сигналом-маяком.

Класс С – это класс устройства, которые имеют стационарное питание. Они могут позволить себе постоянно слушать эфир. При передаче данных от сервера к этим устройствам никаких задержек не возникает.

Коммуникационная инфраструктура LoRaWAN, состоящая из шлюзов и сетевых серверов в публичных сетях принадлежит оператору связи. Оператор связи только собирает данные, а использованием этих данных занимаются другие компании, которые реализуют определенные IoT-сервисы, например, такие как: автоматический сбор показаний счетчиков, мониторинг транспорта, животных, отслеживание состояния мусорных контейнеров, охранных датчиков и т.п.

Серверы приложений LoRaWAN Application Servers принадлежат компаниям, реализующим IoT-сервисы. Эти же сервисные компании могут разрабатывать и свои конечные устройства end nodes.

Аутентификация и защита данных в сети LoRaWAN осуществляется следующим способом. Конечное устройство сети LoRaWAN, например, счетчик, содержит свой 64-битный уникальный адрес DevEUI и 64-битный уникальный адрес сервера приложения AppEUI, например, сервера коммунальной службы, которая собирает показания счетчиков. Также провайдер приложения выдает каждому конечному узлу индивидуальный 64-битный секретный ключ AppKey.

Для начала работы в сети LoRaWAN каждое устройство должно пройти процедуру активации, которая может осуществляться по беспроводной сети. Во время этой процедуры устройство аутентифицирует себя на сервере приложения при помощи ключа AppKey (AES128) и своего уникального адреса DevEUI. В результате активации устройство получает от сервера приложения свой короткий адрес DevAddr и сессионные ключи AppSKey (128 бит) и NetSkey. В дальнейшем при передаче данных по сети LoRaWAN конечный узел шифрует полезные данные при помощи ключа AppSKey и алгоритма AES128, а также вычисляет код MIC (код контроля целостности пакета) при помощи ключа NetSKey и алгоритма AES128.

Адрес для запроса микросхем и модулей LoRa/LoRaWAN: wless@vostok-24.ru