LoRa

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
Ra-02-es LoRa modul SX1278 IC-vel

A LoRa (Long Range, magyarul „nagy hatótávolságú”) egy kis kimenőteljesítményű, WAN hálózati (low-power wide-area network; LPWAN) technológia. Széles spektrumú modulációs technikát, a „ciripelő” spektrumot (chirp spread spectrum; CSS) alkalmazza átviteli megoldásként.[1][2] A LoRa-t a francia Grenoble-i Cycleo fejlesztette ki, és a Semtech, a LoRa Szövetség alapító tagjaként gondozza.[3]

Jellemzők[szerkesztés]

A LoRa a nem engedélyköteles ISM (industrial, scientific and medical) rádiófrekvencia-sávokat használja:

  • EU: 863 - 870 MHz
  • EU: 433 MHz
  • USA: 902 - 928 MHz
  • Ausztrália: 915 - 928 MHz
  • Kína: 779 - 787 MHz
  • Kína: 470 - 510 MHz
  • Ázsia: 923 MHz
  • Korea: 920 - 926 MHz
  • Indonézia: 865 – 869 MHz

A LoRa hosszú távú távközlést tesz lehetővé (ez nyílt terepen akár több mint 10 km is lehet) alacsony energiafogyasztás mellett.[4] A technológia specifikálja az OSI-modell szerinti fizikai réteget, míg az erre épülő technológiák és protokollok, például a LoRaWAN (nagy hatótávolságú szélessávú hálózat; Long Range Wide Area Network) a kommunikációs technológia felső rétegeit írják le.

A LoRa eszközök az átjárók időbélyegzőinek a segítségével speciális, geolokációs képességgel rendelkeznek az eszközök helyzetének háromszögeléshez (hasonlóan a GPS-hez).[5]

A LoRa és a LoRaWAN lehetővé teszi a nagy távolságú csatlakoztatást a dolgok internetje (IoT) eszközök számára.[6]

LoRa PHY (fizikai szint)[szerkesztés]

A LoRa fizikai rétege szabadalom-védett; ezért nincs szabadon elérhető hivatalos dokumentáció, a Semtech által kiadott áttekintésen és más vonatkozó műszaki előírásokon kívül.[1] Számos független kutató ennek ellenére elemezte ezt és dokumentálták megállapításaikat.[7]

A LoRa szabadalmaztatott spektrummodulációt alkalmaz, amely hasonló a ciripelő szórt spektrumú (CSS) modulációhoz, illetve annak egy származéka. Ez lehetővé teszi, hogy a LoRa az adatsebességét a szórásmennyiség kiválasztásával és rögzítésével stabilizálni tudja (ez a paraméter 7 és 12 között választható). Ez a terjedési tényező meghatározza az adatsebességet és a rádió érzékenységét, illetve az ehhez szükséges energiafelhasználást.

LoRa IC-k[szerkesztés]

A Semtech a LoRa eltérő ISM alkalmazásaihoz eltérő szériájú IC-ket feljesztett, ezek a következők:[8]

  • SX1261: 433Mhz 868MHz 915MHz
  • SX1262: 1W 868/915Mhz
  • SX1268: 433MHz
  • SX1272: 868MHz
  • SX1276: 868MHz 915MHz
  • SX1278: 433MHz

LoRaWAN[szerkesztés]

Míg a LoRa specifikálja az OSI-modell szerinti alsó fizikai réteget, a LoRaWAN egy a számos protokoll közül, melyet a hálózat felső rétegeinek lefedésére fejlesztettek ki. A LoRaWAN egy felhőalapú hozzáférés-vezérlő (medium access control; MAC) rétegprotokoll, ami főként hálózati réteg-protokollként működik, így ez az LPWAN átjárók és a végcsomópontok közötti kommunikáció kezelésére szolgál útválasztási protokollként, melyet a LoRa Alliance tart fenn.

A LoRaWAN meghatározza a hálózat kommunikációs protokollját és rendszer-architektúráját, míg a LoRa fizikai réteg lehetővé teszi az alacsony szintű, hosszú távú kommunikációs kapcsolatot. A LoRaWAN felelős az összes hálózati eszköz kommunikációs frekvenciáinak, adatátviteli sebességének és teljesítményének a kezeléséért is.[9]

A hálózat eszközei aszinkron eljárással továbbítanak, amennyiben az adatok rendelkezésre állnak. A végcsomópont által továbbított adatokat több átjáró fogadja, ezek „spontán” továbbítják az adatcsomagokat egy központi hálózati szerverre.[10] A hálózati szerver kiszűri a duplikált csomagokat, elvégzi a biztonsági ellenőrzéseket és kezeli a hálózatot. A technológia mérsékelt terhelés esetén kiemelkedő megbízhatóságot mutat, azonban nagyobb terhelés esetén a visszaigazolások küldésével kapcsolatban még adódnak problémái.[11]

A LoRaWAN eszköz-osztályai[szerkesztés]

A LoRaWAN 3 eszköz-osztályt definiál:

Class "A"[szerkesztés]

Az "A" osztályú eszközök akkumulátorral működnek. Ha az egység adatot küld a szerver felé, akkor két rövid, ellenirányú ablakot nyit meg az esetleges parancsokhoz. Ha a szerver nem tud lefelé parancsot küldeni a két rövid ablaknyi időben, akkor meg kell várnia a következő felfelé irányuló üzenetet.

Class "B"[szerkesztés]

A B osztályú eszközök is akkumulátorral működnek, de az A osztályú két rövid ablakon kívül a B osztálynak van egy további ablakja is, melyet ütemezett időpontokban nyit meg. Ez az ablak szinkronizálva van a szerverrel, és lehetővé teszi a szerver számára, hogy az adott időpontokban parancsot küldjön az egységnek.

Class "C"[szerkesztés]

A C osztályú készülékek közvetlen betáppal rendelkeznek, a vételi ablakok csaknem folyamatosan nyitottak, csak az átvitel idejére zárják le azokat.

LoRaWAN adatbiztonság[szerkesztés]

A LoRaWAN kétféle szimmetrikus munkamenetkulcsot használ a kommunikáció biztonsága érdekében, melyek mindegyike LoRa eszközönként egyediek. Az NwkSkey az üzenetek integritásának garantálására szolgál az eszköztől a LoRa hálózati kiszolgálóig. Az AppSkey az end-to-end AES-128 titkosításhoz használható az eszköztől az alkalmazáskiszolgálóig.

OTAA[szerkesztés]

(Over-the-Air-Activation)

A LoRaWAN eszközök két módon csatlakozhatnak a hálózathoz. Az első az OTAA, (Over-the-Air-Activation). Az eszköz és a hálózat ilyenkor egy 128 bites AppKey kulcsot cserél. Amikor a készülék elküldi a csatlakozási kérelmet, az AppKey is MIC kérelmet (Message Integrity Code) hoz létre. A kiszolgáló ellenőrzi a MIC-et az AppKey alkalmazásával.

Ha az ellenőrzés mindent érvényesnek talál, a szerver két új 128 bites kulcsot, egy aplikációs kulcsot (AppSkey) és egy hálózati kulcsot (NwkSkey) generál. Ezeket a kulcsokat visszaküldi az eszközre az AppKey segítségével. Az üzenet megérkezése után az eszköz dekódolja és telepíti a két munkamenetkulcsot.

ABP[szerkesztés]

(Activation by Personalization)

A hálózati csatlakozás második módja az ABP (Activation by Personalization). Ebben az esetben a készülékek munkamenetkulcsait a felhasználó kezeli.

A LoRaWAN átviteli távolság rekordja[szerkesztés]

Jelenleg ezt a csúcsot egy Németország és Hollandia határán felbocsátott ballon, illetve az arra szerelt LoRaWAN jeladó tartja. A ballon 38.772 méter magasra emelkedett, és a jeleit a lengyel Wroclaw-ban is sikerült fogni, 702,676 km távolságra.[12]

LoRaWAN és Arduino[szerkesztés]

A LoRaWAN kedvező áron elérhető, alacsony energiafelhasználású moduljaihoz jól illeszkedik az Arduino vezérlőcsalád. Ezeknek szintén alacsony az energiafelnasználása és a szenzorok és aktorok nagyon széles palettája érhető el az Arduino alkalmazásával[13] - LoRaWAN-nal való párosításával. Az AI-Thinker 433MHz-es LoRa modulja az Arduino talán legismertebb LoRa kompatibilis kommunikációs eszköze. A modult az Arduino-val SPI kommunikáció alkalmazásával lehet illeszteni.[14]

Verziótörténet[szerkesztés]

2015. január: 1,0 [15]

2016. február: 1.0.1 [16]

2016. július: 1.0.2 [17]

2017. október: 1.1., Kiegészítve a B osztállyal [18]

2018. július: 1.0.3 [19]

A LoRa Szövetség[szerkesztés]

A LoRa Alliance egy szövetség, amelyet 2015-ben hoztak létre a LoRaWAN protokoll támogatására, valamint az összes LoRaWAN termék és technológia interoperabilitásának biztosítására. Ennek a nyílt, nonprofit szervezetnek több mint 500 tagja van.[20] A LoRa Szövetség a tagjai között tudhat néhány, az iparágban meghatározó nagyvállalatot: IBM, Actility, MicroChip, Orange, Cisco, KPN, Swisscom, Semtech, Bouygues Telecom, Singtel, Proximus és Cavagna Group. [21]

2018-ban a LoRa Szövetségnek több mint 100 LoRaWAN hálózatüzemeltetője volt több mint 100 országban.[22] A szövetséget a VTM Csoport irányítja Beareconban, Oregonban. Geoff Mulligan volt az elnök 2018-ig, amikor Donna Moore lett a vezérigazgató és az elnök.

Fordítás[szerkesztés]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a LoRa című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források[szerkesztés]

  • Ob121.com: Vámos Sándor: LoRa (magyar nyelven). ob121.com. (Hozzáférés: 2020. február 8.)

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. a b Wayback Machine. web.archive.org, 2019. július 18. [2019. július 18-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  2. A technical overview of LoRa® and LoRaWAN™. [2020. február 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  3. Semtech Acquires Wireless Long Range IP Provider Cycleo (angol nyelven). Design And Reuse. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  4. Sanchez-Iborra, Ramon, Juan (2018. március 3.). „Performance Evaluation of LoRa Considering Scenario Conditions”. Sensors (Basel, Switzerland) 18 (3). DOI:10.3390/s18030772. ISSN 1424-8220. PMID 29510524.  
  5. GPS-free Geolocation using LoRa in Low-Power WANs. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  6. Ram, Prashant: LPWAN, LoRa, LoRaWAN and the Internet of Things (angol nyelven). Medium, 2018. október 15. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  7. Decoding LoRa: Realizing a Modern LPWAN with SDR. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  8. Semtech LoRa SX1272 SX1276 SX1278 modules. www.dorji.com. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  9. LoRaWAN® for Developers | LoRa Alliance®. lora-alliance.org. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  10. Labs, Link: A Comprehensive Look At LPWAN For IoT Engineers & Decision Makers. www.link-labs.com. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  11. Bankov, Dmitry, Andrey (2016. november 1.). „On the Limits of LoRaWAN Channel Access”. 2016 International Conference on Engineering and Telecommunication (EnT), 10–14. o. DOI:10.1109/EnT.2016.011.  
  12. Network, TheThings: Ground breaking world record! LoRaWAN packet received at 702 km (436 miles) distance (angol nyelven). The Things Network. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  13. hu:arduino:start [OB121]. www.ob121.com. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  14. hu:arduino:lorawan [OB121]. www.ob121.com. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  15. LoRa Specification 1.0. [2020. október 21-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  16. LoRa Specification 1.0.1 final. [2020. február 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  17. LoRaWAN Specification 1.0.2. [2020. február 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  18. LoRaWAN™ 1.1 Specification. [2020. augusztus 21-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  19. LoRaWAN™ 1.0.3 Specification. [2020. október 18-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  20. (2020. február 5.) „LoRa” (angol nyelven). Wikipedia.  
  21. Member Directory | LoRa Alliance®. lora-alliance.org. (Hozzáférés: 2020. február 8.)
  22. LoRa Alliance passes 100 LoRaWAN network operator milestone (amerikai angol nyelven). Electronic Products & Technology, 2019. január 25. (Hozzáférés: 2020. február 8.)