с 01.01.2009 по настоящее время
Ангарск, Иркутская область, Россия
Рассматривается технология LoRaWAN как одно из наиболее перспективных решений для по-строения распределенных сетей Интернета вещей. Приводится описание физического уровня, основанного на модуляции LoRa с расширением спектра методом линейной частотной модуляции. Приводятся примеры практического применения технологии в системах автоматизированного учета ресурсов, экологического мониторинга, умного сельского хозяйства и промышленной телеметрии
LoRaWAN, LoRa, Интернет вещей, IoT, CSS-модуляция, беспроводные сети
Стремительное развитие концепции Интернета вещей (Internet of Things, IoT) обусловливает необходимость внедрения энергоэффективных технологий радиосвязи, обеспечивающих передачу небольших объемов данных на значительные расстояния. Технология LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), представляет собой открытый протокол для сетей дальнего радиуса действия [1]. LoRaWAN оптимизирована для обслуживания большого количества устройств с низким энергопотреблением, что делает данную технологию одной из наиболее перспективных в сегменте частных и корпоративных IoT-систем.
В основе технологии LoRa (Long Range) лежит метод модуляции с расширением спектра, производный от CSS (Chirp Spread Spectrum). Ключевая особенность модуляции LoRa заключается в использовании линейно-частотно-модулированных импульсов (чирпов), частота которых линейно изменяется во времени. Каждый символ передается посредством чирпа с определенным начальным смещением частоты, что позволяет кодировать несколько бит информации в одном символе.
Математически модуляцию LoRa можно описать следующим образом: информационный бит отображается на циклический сдвиг базового чирпа. Параметр SF (Spreading Factor) определяет количество чипов на символ, вычисляемое как 2SF. Стандарт предусматривает значения SF от 7 до 12. Увеличение SF повышает чувствительность приемника и дальность связи, однако снижает скорость передачи данных и увеличивает время нахождения устройства в эфире.
Существенным преимуществом LoRa является высокая устойчивость к узкополосным помехам и эффекту Доплера, что достигается за счет широкополосной природы сигнала.
Сеть LoRaWAN имеет строго иерархическую топологию типа «звезда». Архитектура LoRaWAN предполагает прямую связь конечных устройств с базовыми станциями. Базовые станции, в свою очередь, соединяются с сетевым сервером через стандартные IP-каналы (Ethernet, сотовые сети, спутниковая связь).
Технология LoRaWAN представляет собой зрелое, стандартизированное решение для построения территориально распределенных сетей сбора данных. Ключевыми преимуществами являются энергетическая эффективность конечных устройств (до 10 лет работы от батареи), высокая проникающая способность радиосигнала и низкая стоимость развертывания.
1. Петров, А.Н. Сети LoRaWAN для Интернета вещей : архитектура, протоколы, практическая реализация / А. Н. Петров, С. В. Иванов. – Москва : Горя-чая линия – Телеком, 2022. – 256 с. – ISBN 978-5-9912-0987-6.
