MẠNG LORA

CÔNG NGHỆ LORA TABLE OF 01 CONTENTS GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORAWAN ỨNG DỤNG CỦA LORA 03 PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ 02 LORA 01 GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORAWAN LoRa  LoRa viết tắt Long Range Ratio công nghệ truyền liệu sử dụng phương pháp điều chế FSK, GFSK, OOK Chi phí, tiêu thụ lượng thấp, tuổi thọ thiết bị cao, lên đến 10 năm với môi trường hoạt động lý tưởn  Khoảng cách truyền khơng gian tự lên đến 16km với mơi trường khơng có vật cản tầm nhìn thẳng (Ví dụ: cánh đồng cỏ, bờ đê…) Trong mơi trường thị với tịa nhà cao tầng đặt trạm LoRa cách mặt đất từ 1,5-2m khoảng cách truyền nhận khoảng 1-2km  Ứng dụng LoRa rộng rãi, chỉ cần có kết nối Internet, thiết bị yêu cầu truyền tải, trao đổi liệu, thông tin sử dụng cơng nghệ LoRa LoRaWAN  LoRaWAN chuẩn giao tiếp dựa tảng công nghệ LoRa định nghĩa phát triển tổ chức LoRa Alliance  LoRaWAN mạng “diện rộng” (Low Power Wide Area Network) sử dụng lượng thấp mạng lưới khu vực, quốc gia toàn cầu Nó nhắm tới mục tiêu yêu cầu Internet truyền thơng hai chiều an tồn, dịch vụ di động địa phương hố Thơng số LoRaWAN cung cấp khả tương tác liên tục thứ thông minh mà không cần cài đặt phức tạp địa phương, mang lại tự do, chủ động cho người dùng, nhà phát triển, doanh nghiệp triển khai IOT LORAWAN Hình 1.2 mơ tả hoạt động hệ thống sử dựng LoraWan Giao thức LoraWan giúp kết nối thiết bị: - Device node: thiết bị cảm biến, thiết bị giám sát lắp đặt vị trí làm việc xa để lấy gửi liệu trung tâm - Gateway: thiết bị trung tâm thu thập liệu từ device node gửi lên server trung tâm để xử lý liệu Các thiết bị Gateway thường đặt vị trí có nguồn điện cung cấp có kết nối internet để gửi liệu lên server Các ứng dụng LoRa IOT Các ứng dụng LoRa đa dạng phổ biến, sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: Điều khiển công nghiệp (Industrial Control), đo lường (Metering), môi trường (Environment), thành phố (Cities), nông nghiệp thông minh (Smart Agriculture), chuỗi cung ứng vận chuyển (Supply Chain & Logistics), chăm sóc sức khoẻ (Healthcare), nhà cao ốc (Home & Building) ` Gateway mạng LoRaWAN  Một thiết bị quan trọng mạng LoRaWAN LoRa Gateway LoRa Gateway thiết bị trung tâm (center node), đóng vai trị thu thập liệu từ kết nối module LoRa (đóng vai trị sensor node) sau giao tiếp với hệ thống khác (có thể Server hay hệ thống xử lý liệu) Gateway nhận liệu từ thiết bị LoRa khác nào, gửi liệu mà nhận đến thiết bị LoRa khác LoRa Gateway thiết bị trung gian để kết nối thiết bị thu phát với Nó đóng vai trị vừa thu, vừa phát  Hình 1.6 thể mối quan hệ thiết bị dùng công nghệ LoRa với Gateway Để tạo thành mạng lưới LoRaWAN kết nối thiết bị với kết nối chúng với Internet Gateway đóng vai trị định, vừa nhận phát tín hiệu đến thiết bị, vừa đẩy liệu lên server để lưu trữ xử lý  Dữ liệu từ module LoRa gửi lên Gateway nhận phản hồi từ Gateway Gateway với kết nối Internet đưa liệu lên Server để lưu trữ chuyển tiếp liệu đến thiết bị LoRa khác Dưới số Gateway phổ biến dùng mạng LoRa Tuỳ vào thiết kế, Gateway có khả kết nối từ 10 đến 15 thiết bị LoRa nhiều 02 PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ LORA KĨ THUẬT o LoRaWAN mạng không dây diện rộng thiết kế phép truyền thông tầm xa với tốc độ truyền liệu thấp thiết bị (vật kết nối) sử dụng cảm biến hoạt động pin Đặc điểm cơng suất thấp, tốc độ bit thấp thiết kế để kết nối người dùng với doanh nghiệp, thu thập nhiều liệu Tốc độ truyền từ 0.3 kb/s đến 50 kb/s kênh truyền o LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nơm na ngun lý liệu băm xung cao tần để tạo tín hiệu có dãy tần số cao tần số liệu gốc (cái gọi chipped); sau tín hiệu cao tần tiếp tục mã hoá theo chuỗi chirp signal (là tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có loại chirp signal up-chirp có tần số tăng theo thời gian down-chirp có tần số giảm theo thời gian; việc mã hoá theo nguyên tắc bit sử dụng up-chirp, bit sử dụng down-chirp) trước truyền anten để gửi đi.[8] o Theo Semtech công bố nguyên lý giúp giảm độ phức tạp độ xác cần thiết mạch nhận để giải mã điều chế lại liệu; LoRa không cần công suất phát lớn mà truyền xa tín hiệu Lora nhận khoảng cách xa độ mạnh tín hiệu thấp nhiễu mơi trường xung quanh Bảo mật Dùng Mã Hóa AES:AES (viết tắt từ tiếng Anh: Advanced Encryption Standard, hay Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến) thuật tốn mã hóa khối LoraWAN biết ba khố bảo mật 128-bit riêng biệt Khóa ứng dụng AppSkey chỉ biết thiết bị ứng dụng Khi thiết bị tham gia vào mạng, khoá phiên ứng dụng AppSkey khoá phiên mạng NwkSkey tạo Mã NwkSkey chia sẻ với mạng, Appkey giữ bí mật Các khóa sử dụng suốt thời gian phiên làm việc Hình bị 2.1 cho thấy hai khóa với sửkhe dụng Appkey sử dụng để mã hóacác đầu cuối khung truyền tải Thuật sử dụng Thiết đầu cuối cócách định mà hướng chiều tiếpCác nhận theo lịch trình (Lớp B): Ngồi cửa sổ (end-to-end) nhận ngẫu nhiên Class A, thiết bị lớp toán B mởđược cửa sổ nhận cho điều AES-128, tương thuật toáncuối sửcửa dụng tiêu chuẩnthời 802.15.4 thêm vàonày cáclà thời gian theo lịch.tựĐể thiết bị đầu mở sổ nhận vào gian, nhận Beacon đồng hoá thời gian từ Gateway Điều cho phép máy chủ biết thiết bị đầu cuối nghe Thiết bị đầucócuối có loại địnhthiết hướng hai chiều với khe tiếp cực đại C):khác Thiếtnhau bị cuối củaphản Class C gần liên ứng tục mở cửa sổ nhận, chỉ đóng lại truyền LoraWAN nhiều bị đầu cuối khác đểnhận đáp ứng các(Class nhu cầu ánh nhiều dụng Thiết bị đầu cuối định hướng hai chiều (Class A): Thiết bị đầu cuối lớp A cho phép truyền thông hai chiều, theo thiết bị truyền dẫn đường lên theo sau hai cửa sổ nhận đường xuống ngắn Khoảng cách truyền dẫn theo thiết bị đầu cuối dựa nhu cầu truyền thông riêng với biến thể nhỏ dựa sở thời gian ngẫu nhiên (ALOHA-loại giao thức) Hoạt động Class A hệ thống thiết bị đầu cuối thấp cho ứng dụng mà chỉ cần truyền thông đường xuống từ máy chủ sau thiết bị đầu cuối gửi đường truyền lên Liên lạc đường xuống từ máy chủ thời gian khác phải chờ đường lên theo kế hoạch LORA TRONG MƠ HÌNH OSI Giao thức LoRa giúp kết nối, trao đổi liệu với sensor, mã hoá liệu truyền lên Network Server hình 2.3 LoRa nằm lớp vật lý mơ hình OSI Chức thực làđiều chế (modulation), biến đổi tín hiệu số (digital data) thiết bị (sensor) tín hiệu tương ứng truyền qua kênh truyền (communication channel) BĂNG TẦN Hiện tại, LoraWAN hoạt động dải tần số chưa sử dụng Mọi cá nhân, tổ chức sử dụng dải tần cho mục đích nghiên cứu, phát triển, thương mại mà trả phí khai thác Tương tự WiFi, sử dụng băng tần ISG 2,4 GHz 5GHz, phép thiết lập định tuyến WiFi truyền tín hiệu WiFi mà khơng cần cấp phép LoraWAN sử dụng dải tần số 863-870 MHz 433 MHz cho khoảng cách truyền xa Hình 2.6 miêu tả chi tiết băng tần truyền nhận LoRa quốc gia giới Ta thấy khác khu vực, châu lục Điều xảy tránh việc xung đột băng tần phụ thuộc vào ứng dụng LoRa triển khai khu vực khác mà băng tần có khác ĐIỀU CHẾ VÀ TƠC ĐỘ TRUYỀN DỮ LIỆU  Trong hầu hết trường hợp, LoraWAN sử dụng phương thức điều chế Lora Điều chế Lora dựa công nghệ Chirp Spread Spectrum (CSS), làm cho hoạt động tốt với nhiễu kênh, hiệu ứng fading đa đường hiệu ứng Doppler, dù hoạt động mức lượng thấp  Tốc độ truyền liệu phụ thuộc vào băng thông hệ số truyền lan (Spreading Factor) LoraWAN sử dụng kênh có băng thông từ 125 kHz, 250 kHz 500 kHz, tùy thuộc vào khu vực Hệ số lan truyền chọn thiết bị đầu cuối ảnh hưởng đến thời gian cần thiết để truyền khung Các đặc tính điều chế LoRa Băng thơng mở rộng Đa đường dẫn/ chống Fading Đường bao / Năng lượng thấp Sự kháng lại Doppler Độ vững cao Khả dải rộng Dung lượng mạng tăng Ranging / Localizatio 03 ỨNG DỤNG CỦA MẠNG LORA ỨNG DỤNG CHUNG Một mạng LoRaWAN sử dụng để tạo mạng cảm biến không dây riêng, đồng thời dịch vụ sở hạ tầng cung cấp bên thứ ba, cho phép chủ sở hữu cảm biến triển khai chúng mạng mà không cần đầu tư Gateway LoRaWAN định nghĩa giao thức truyền thông kiến trúc hệ thống cho mạng lớp vật lý LoRA cho phép liên kết truyền thông tầm xa LoRaWAN chịu trách nghiệm quản lý tần số truyền, tốc độ liệu, lượng tất thiết bị Các thiết bị mạng không đồng truyền chúng có sẵn liệu để gửi Dữ liệu truyền qua thiết bị đầu cuối nhận nhiều cổng kết nối, chuyển gói liệu tới máy chủ mạng tập trung Máy chủ mạng lọc gói tin trùng lặp, thực Ứng dụng thành phố thông minh giới Dụng cụ đo thông minh minh Ứng dụng thành phố thông minh giới Máy dò báo động Ứng dụng thành phố thông minh giới Xe đạp thông minh Đỗ xe thông minh Chiếu sáng thông Giám sát thú cưng minh Ứng dụng LoRa Việt Nam Hiện nay, cơng nghệ LoRa cịn mẻ Việt Nam Xu hướng IOT Việt Nam bắt đầu phát triển công nghệ sử dụng phổ biến wifi, 3G/4G, zigbee, …Hiện nước ta chưa có dự án IOT sử dụng công nghệ LoRa triển khai đưa vào thực tế Việc sử dụng băng tần LoRa chưa Bộ Thông Tin Truyền Thông cấp phép sử dụng Đây công nghệ Việt Nam việc sử dụng cơng nghệ mức độ nghiên cứu phát triển phòng Lab trường đại học Mới đây, tập đồn cơng nghệ viễn thơng qn đội Viettel quan tâm phát triển công nghệ Việt Nam  ...TABLE OF 01 CONTENTS GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORAWAN ỨNG DỤNG CỦA LORA 03 PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ 02 LORA 01 GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORAWAN LoRa  LoRa viết tắt Long Range Ratio công nghệ truyền... nghệ LoRa LoRaWAN  LoRaWAN chuẩn giao tiếp dựa tảng công nghệ LoRa định nghĩa phát triển tổ chức LoRa Alliance  LoRaWAN mạng “diện rộng” (Low Power Wide Area Network) sử dụng lượng thấp mạng. .. Building) ` Gateway mạng LoRaWAN  Một thiết bị quan trọng mạng LoRaWAN LoRa Gateway LoRa Gateway thiết bị trung tâm (center node), đóng vai trị thu thập liệu từ kết nối module LoRa (đóng vai trị