Các ứng dụng và trường hợp sử dụng phổ biến nhất

Internet of Things (IoT) đề cập đến sự kết nối của hàng triệu thiết bị với internet, nơi thu thập, giám sát và cung cấp dữ liệu. Hiện tại, IoT được tạo thành từ nhiều mạng được liên kết lỏng lẻo khác nhau, mỗi mạng giải quyết các vấn đề cụ thể. Ví dụ: trong một tòa nhà văn phòng, có thể triển khai nhiều giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN, chẳng hạn như một giải pháp để điều khiển máy điều hòa không khí và một giải pháp khác cho hệ thống sưởi ấm, ánh sáng, an ninh và các ứng dụng IoT khác. Do các tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng bởi các mạng IoT này, việc hợp nhất chúng thành một mạng không phải là một nhiệm vụ đơn giản.

Công nghệ mạng diện rộng (LPWAN) công suất thấp có thể hỗ trợ nhiều trường hợp sử dụng IoT. Mặc dù có nhiều tùy chọn LPWAN khác nhau, nhưng công nghệ LoRa và kiến ​​trúc mạng của nó, LoRaWAN, hiện được áp dụng rộng rãi nhất. LoRa cung cấp nhiều cài đặt giao tiếp ở lớp vật lý, bao gồm băng thông, hệ số trải rộng, tốc độ mã hóa và tần số truyền. Các cài đặt này có tác động đến phạm vi liên lạc, độ tin cậy và lượng dữ liệu có thể được truyền.

“LoRa cung cấp nhiều cài đặt giao tiếp ở lớp vật lý, bao gồm băng thông, hệ số trải rộng, tốc độ mã hóa và tần số truyền.”

-TEKTELIC Truyền Thông

Sự khác biệt giữa Mạng LoRa và LoRaWAN® là gì?

• LPWAN (Mạng diện rộng công suất thấp) là công nghệ mạng diện rộng không dây kết nối các thiết bị IoT băng thông thấp, chạy bằng pin với tốc độ bit thấp trong phạm vi dài. Có một số tùy chọn để xây dựng mạng LPWAN, nhưng các công nghệ LoRaWAN và NB-IoT đã cho thấy động lực lớn nhất và sẽ nhận được thị phần LPWA lớn nhất trong những năm tới.
• LoRaWAN xác định giao thức truyền thông và kiến ​​trúc hệ thống cho mạng trong khi lớp vật lý LoRa cho phép liên kết truyền thông tầm xa. Giao thức và kiến ​​trúc mạng có ảnh hưởng lớn nhất đến thời lượng pin, dung lượng mạng, chất lượng dịch vụ, bảo mật và nhiều ứng dụng được cung cấp bởi mạng.
• Lora là một giao thức truyền tín hiệu vô tuyến sử dụng định dạng nhiều ký hiệu chirped để truyền dữ liệu. Về bản chất, những con chip này là chip vô tuyến băng tần ISM thông thường có thể chuyển đổi tần số vô tuyến thành bit bằng cách sử dụng LoRa (hoặc các loại điều chế khác như FSK) mà không cần viết mã. Ngoài truyền thông diện rộng, công nghệ LoRa là công nghệ lớp vật lý cấp thấp hơn được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.

Giao thức LoRaWAN dựa trên phương pháp điều chế vô tuyến LoRa và là một giao thức mạng diện rộng công suất thấp. Nó quản lý giao tiếp giữa các thiết bị IoT nút cuối và cổng mạng, đồng thời kết nối các thiết bị với internet thông qua kết nối không dây. LoRaWAN là một giao thức mạng điểm-đa điểm. Nó không chỉ là về sóng vô tuyến; đó là về cách chúng tương tác với các cổng LoRaWAN để cung cấp các chức năng như mã hóa và nhận dạng.

LoRaWAN hoạt động như thế nào?

Ở cấp độ cơ bản nhất, các công nghệ vô tuyến như LoRaWAN rất đơn giản. Sự tương tự tốt nhất cho mạng LoRaWAN là một di động mạng. Các thiết bị dựa trên LoRa có một mô-đun kết nối với một cổng, là một vị trí trung tâm cục bộ. Xem xét cách điện thoại của bạn gửi và nhận dữ liệu qua tháp di động. Cổng hoạt động như một đường dẫn giữa các thiết bị và máy chủ. Máy chủ mạng sử dụng internet để giao tiếp với cổng và hướng dẫn nó tương tác với các thiết bị IoT.

Nói cách khác, máy chủ mạng chịu trách nhiệm xóa các gói dữ liệu trùng lặp, xác nhận tính toàn vẹn của dữ liệu và thực hiện kiểm tra bảo mật. Hơn nữa, các nút trong kiến ​​trúc hình sao không cần phải nghe thông báo từ các nút khác mọi lúc. Do đó, chúng có thể “ngủ” trong phần lớn thời gian, giảm mức sử dụng năng lượng.

Ưu điểm của mạng LoRaWAN

Dưới đây là một số lợi thế của công nghệ IoT đang phát triển trong thời đại mới này với nhiều lợi ích:

• Tầm xa và vùng phủ sóng: Phạm vi của nó, có thể đạt tới 15 km trong LOS, là không có đối thủ bởi bất kỳ giao thức truyền thông nào khác.
• Năng lượng thấp: Công nghệ LoRa cung cấp radio công suất cực thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thiết bị cần tồn tại mười năm trở lên trong một lần sạc.
• Phần cứng chi phí thấp: Cơ sở hạ tầng LoRaWAN có chi phí rất thấp so với các mạng khác và radio của thiết bị đầu cuối cũng có chi phí thấp. Hơn nữa, các phiên bản nguồn mở khác nhau của cơ sở hạ tầng như cổng đang được tạo ra, giúp giảm chi phí hơn nữa.
• Công suất cao: Một cổng LoRa duy nhất có thể liên kết hàng nghìn thiết bị IoT điểm cuối.

Lớp học LoRaWAN

Hạng A

Lớp A là một hệ thống không đồng bộ cho phép các nút cuối phát thông báo tới cổng bất cứ khi nào chúng cần và không hoạt động cho đến lần truyền tiếp theo. Lớp này cho phép sử dụng hiệu quả các khe thời gian trong hệ thống đa kênh.

Hạng B

Một phương pháp truyền tin nhắn đến các nút chạy bằng pin. Cổng sẽ gửi đèn hiệu cứ sau 128 giây, cho phép tất cả các trạm cơ sở LoRaWAN đồng bộ hóa thời gian của chúng bằng tín hiệu vệ tinh GPS.

Lớp C

Cho phép các nút liên tục nghe và gửi tin nhắn đường xuống bất cứ lúc nào. Loại này thường được sử dụng cho các ứng dụng được cấp nguồn AC vì nó yêu cầu một lượng năng lượng đáng kể để giữ cho nút hoạt động hoàn toàn và máy thu luôn hoạt động.

Các ứng dụng phổ biến nhất của LoRaWAN là gì?

Mạng LoRaWAN tương thích với nhiều ứng dụng IoT và đã được sử dụng thành công trong các Trường hợp sử dụng sau:

Những thành phố thông minh

Những thành phố thông minh yêu cầu khả năng hiển thị thời gian thực vào tất cả các khía cạnh của cuộc sống đô thị. Để đạt được điều này, các thành phố thông minh thường sử dụng các mạng không dây diện rộng để cho phép kết nối giữa một mạng rộng lớn các thiết bị IoT, cảm biến và đồng hồ thông minh tạo dữ liệu khác nhau. Công nghệ không dây LoRaWAN là giải pháp IoT tốt nhất cho ứng dụng trong phạm vi thành phố thông minh.

Sử dụng các công nghệ IoT với nhiều loại thiết bị Thông minh để trực quan hóa và phân tích dữ liệu toàn diện theo thời gian thực, các thành phố có thể phản ứng linh hoạt bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng tài sản và phân bổ tài nguyên của thành phố. Các thành phố có thể tích hợp IoT vào cơ sở hạ tầng của họ để tự động hóa các tác vụ, giám sát và quản lý thiết bị cũng như thực hiện bảo trì dự đoán để giảm chi phí vận hành. Các thành phố trên khắp thế giới có thể tối ưu hóa việc sử dụng các tiện ích và nhân viên bằng cách tích hợp các dịch vụ của thành phố như:

• Chiếu sáng đường phố
• bãi đậu xe thông minh
• Quản lý chất thải
• Mực nước và quản lý lũ lụt
• Giao thông công cộng thông minh
• Kiểm soát chất lượng không khí
• làm sạch đường phố

Quản lý Logistics và vận tải

Nhờ các giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN, các công ty chuỗi cung ứng và Logistics đã theo dõi thành công các tài sản có giá trị cao, bao gồm cả những tài sản đang vận chuyển. Phương tiện, hàng hóa và các hỗ trợ khác được theo dõi thuận tiện trên các khu vực địa lý rộng lớn và trong các trường hợp khắc nghiệt do phạm vi vượt trội của công nghệ, mức tiêu thụ điện năng thấp và nội địa hóa không có GPS.

Các giải pháp IoT giám sát đội xe sử dụng kết nối LoRaWAN có thể tiết kiệm tiền bằng cách cho phép các đội xe di chuyển lâu hơn, cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ an toàn, cung cấp khả năng hiển thị các mối quan tâm về bảo trì và cải thiện hiệu quả hoạt động tổng thể.

Chăm sóc sức khỏe thông minh

Công suất thấp, chi phí thấp và hiệu suất nhất quán làm cho mạng LoRaWAN trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chăm sóc sức khỏe thông minh thiết yếu. Các giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN có thể liên tục theo dõi các bệnh nhân hoặc hệ thống có rủi ro cao, đảm bảo rằng sức khỏe và an toàn y tế không bao giờ bị xâm phạm.

Giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN có thể được thiết kế để theo dõi liên tục và đáng tin cậy các dấu hiệu quan trọng nhất của bệnh nhân trong bệnh viện, người chăm sóc người cao tuổi, vận động viên có thành tích cao hoặc bất kỳ ai khác cần thông tin chi tiết liên tục, theo thời gian thực về sức khỏe hô hấp của họ. Các giải pháp sức khỏe thông minh IoT LoRaWAN có thể giúp:

• bệnh nhân bệnh viện
• Cư dân chăm sóc người cao tuổi
• Vận động viên thành tích cao

An toàn công cộng

Nhu cầu về các giải pháp an toàn và bảo mật toàn diện ngày càng tăng. Các giải pháp an toàn công cộng dựa trên mạng IoT cung cấp cho những người phản ứng đầu tiên công nghệ tiên tiến có thể giảm thiểu nguy hiểm và cải thiện an toàn cá nhân. Các thiết bị IoT cá nhân có thể đeo được, chẳng hạn như huy hiệu ID, được trang bị công nghệ LoRaWAN, bao gồm một nút hoảng loạn gửi tín hiệu khẩn cấp tức thời kèm theo thông tin vị trí của người dùng.

Sử dụng Lĩnh vực

Lực lượng lao động của công ty đã phát triển linh hoạt hơn và đã nhanh chóng áp dụng nguyên tắc làm việc “mọi lúc, mọi nơi”. Do lượng nhân viên và khách không thể đoán trước, Lĩnh vực văn phòng có thể không được sử dụng trong thời gian dài hoặc được đặt trước quá nhiều. Đối với các công ty, việc sử dụng và sắp xếp hợp lý Lĩnh vực có sẵn đã trở thành một vấn đề đau đầu về Logistics.

Môi trường thông minh

Có thể ghi lại và xuất bản các chỉ số môi trường để phân tích dữ liệu trong thời gian thực bằng cách triển khai một mạng lưới các thiết bị và cổng được trang bị mạng LoRaWAN trên một khu vực. Họ đang xác định mối quan tâm trước khi chúng trở thành thảm họa. Các giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN dành cho môi trường giúp bảo vệ người dân khỏi các mối đe dọa từ môi trường, từ giám sát chất lượng không khí đến phát hiện rò rỉ phóng xạ.

Nông nghiệp thông minh

Khái niệm sử dụng các giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN cho các hoạt động nông nghiệp thông minh đang được chú ý vì giờ đây nông dân có thể dễ dàng hình dung, phân tích và đưa ra quyết định sáng suốt hơn về cây trồng, vật nuôi, thiết bị, cơ sở hạ tầng, môi trường và tất cả các thành phần khác mà họ được yêu cầu liên tục theo dõi và quản lý để tăng sản lượng và cải thiện hiệu quả.

Các cảm biến nông nghiệp IoT có kích thước nhỏ gọn và xác định nhiều thông số giúp hiểu được các khía cạnh môi trường. Các cảm biến IoT có thể được triển khai để thu thập dữ liệu về mức độ tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, có thể được sử dụng để đưa ra quyết định tốt hơn về vị trí cây trồng và giúp xác định xem tích hợp năng lượng mặt trời có phải là một lựa chọn khả thi cho trang trại hay không.

Kiến trúc mạng LoRaWAN

Mạng LoRaWAN hoạt động khác so với các mạng khác vì các thiết bị đầu cuối không cần phải ở trạng thái “bật” liên tục; họ chỉ bật “on” khi họ cần giao tiếp với cổng. Điều này là do nội dung của thông tin liên lạc không phải là một mối quan tâm chính. Bộ đàm LoRa có một số thuộc tính nhất định cho phép chúng đạt được cả liên lạc tầm xa và chi phí thấp. Một số thuộc tính này bao gồm:

Kỹ thuật điều chế

Bộ đàm LoRa sử dụng công nghệ điều chế phổ để tạo ra phạm vi liên lạc tăng lên đáng kể trong khi vẫn duy trì các đặc tính năng lượng thấp có thể so sánh với bộ đàm lớp vật lý điều chế FSK. Mặc dù được sử dụng rộng rãi trong thông tin liên lạc quân sự và Lĩnh vực trong một thời gian khá dài, LoRa là triển khai thương mại chi phí thấp đầu tiên của phương pháp này.

Tính thường xuyên

Mặc dù công nghệ LoRa không phụ thuộc vào tần số, nhưng các đài LoRa giao tiếp qua các dải tần số vô tuyến phụ GHz không được cấp phép có thể truy cập rộng rãi trên toàn thế giới. Các tần số này dao động từ khu vực này sang khu vực khác và trong nhiều trường hợp là từ quốc gia này sang quốc gia khác.

Tốc độ dữ liệu thích ứng

LoRa sử dụng kết hợp băng thông thay đổi và các hệ số trải rộng (SF7-SF12) để thay đổi tốc độ dữ liệu, đó là một sự đánh đổi với phạm vi truyền dẫn. Hệ số trải phổ cao hơn cung cấp vùng phủ rộng hơn với giá của tốc độ dữ liệu thấp hơn và ngược lại. Tổ hợp băng thông và hệ số trải rộng được đặt dựa trên các điều kiện mạng và lượng dữ liệu được gửi.

Mức năng lượng thích ứng

Bộ đàm LoRa có mức năng lượng thích ứng. Các yếu tố như tốc độ dữ liệu và chất lượng mạng ảnh hưởng đến bộ đàm LoRa, trong số những yếu tố khác. Khi cần truyền nhanh thì công suất truyền tăng và ngược lại. Kết quả là tuổi thọ của pin được kéo dài và bảo toàn dung lượng mạng. Nhiều yếu tố, bao gồm cả loại thiết bị, ảnh hưởng đến mức tiêu thụ điện năng.

Liên minh LoRa Hỗ trợ cho LoRaWAN

Các mạng toàn cầu, quốc gia và khu vực của chúng ta sẽ phải hỗ trợ hàng tỷ hoặc thậm chí hàng nghìn tỷ thiết bị IoT thông minh trên toàn thế giới trong tương lai. Các giải pháp IoT dựa trên LoRaWAN và công nghệ LoRaWAN sẽ đóng một vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp một mạng sáng tạo, chi phí thấp và hiệu quả cao cho các ứng dụng trong tương lai. Có một hiệp hội Liên minh Lora hợp nhất hơn 400 công ty trên toàn cầu để đóng góp, cải thiện và triển khai mạng LoRaWAN thông minh cho các nhu cầu trong tương lai.

Các Liên minh LoRa là một hiệp hội mở, phi lợi nhuận của các thành viên tin rằng thời đại Internet of Things hiện nay. Liên minh LoRa được khởi xướng bởi các nhà lãnh đạo ngành với sứ mệnh chuẩn hóa Mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) đang được triển khai trên khắp thế giới để kích hoạt Internet vạn vật (IoT), máy-với-máy (M2M) và thành phố thông minh, và ứng dụng công nghiệp.

Được xuất bản lần đầu vào ngày 20 tháng 12 năm 2021. Cập nhật ngày 26 tháng 1 năm 2023.