LoRa Technology je jednou ze zajímavých technologií pro internet věcí (Internet of Things, IoT) a také zařízení pro vzdálenou signalizaci a řízení (Long Range Signaling and Control, LRSC), které budou instalované na velké rozloze (Wide Area Network) a zároveň si vystačí s malým datovým tokem, příp. se od nich ještě očekává velmi nízká spotřeba (Low Power). Obecně se pak takové sítě označují jako LP-WAN (Low Power Wide Area Network).

 

Pod označením LoRa Technology se skrývají další dva, trochu méně tajemné termíny: modulace LoRa a protokol LoRaWAN.

 

LoRa (Long Range) je modulace patentovaná firmou Semtech, která mj. využívá kódování 4/5, dopřednou korekci chyb a modulaci Chirp. Protokol LoRaWAN zajišťuje transparentní zabezpečený přenos dat mezi koncovým zařízením (internet věcí) a aplikací běžící na serveru a zpět. O standardizaci a rozvoj protokolu LoRaWAN se stará nezisková organizace LoRa Alliance, mezi jejíž členy patří desítky firem.

 

LoRa byla navržena jak pro evropské pásmo 868 MHz, tak pro to americké 913 MHz. Obě pásma mají výhodu a zároveň nevýhodu, že jsou volná a zdarma. Legislativa se pro obě pásma liší, přesto zmíněná technologie dosahuje skvělých výsledků. Citlivost je -136 dB a odolnost vůči rušení -16 dB (pod úrovní šumu), dosah na přímou viditelnost 40 km, v městské zástavbě okolo 2 km. Aby nedošlo k mýlce, hardware a software se pro oba kmitočty liší, nicméně aplikační rozhraní je identické.

 

 

 

Jedná se o patentově chráněný přístup, založený na modulaci Chirp. Chirp je modulace poměrně nová a signál rozprostírá po celém vysílacím kanálu (125 kHz, 250 kHz, 500 kHz), podobně jako DSSS, FHSS atd. Rozdíl však spočívá v tom, že ostatní provádějí změny skokovou změnou kmitočtu, kdežto Chirp lineární, což zvyšuje odolnost vůči Dopplerovskému jevu a snižuje nároky na zdroj kmitočtu a jeden kanál může využívat současně několik vysílačů.

 

 

Modulace má několik volitelných možností pro rozprostření (Spreading Factor) a šířku pásma, pevně stanovených pro každou datovou rychlost (Data Rate, DR), což je jediný parametr, který by měl uživatel nastavovat. Pro stacionární aplikace se doporučuje zapnout ADR (Automatic Data Rate), která volí automaticky nejvyšší možnou přenosovou rychlost na základě naměřeného signálu bránou.

Parametry modulace pro předdefinované datové rychlosti jsou uvedeny v následující tabulce.

 

 

Protokol LoRaWAN zajišťuje zabezpečený přenos dat mezi koncovými zařízeními a aplikací běžící na internetu. Každý koncový bod má přidělený jedinečný 64-bitový identifikátor a dva 128-bitové klíče, kterými jsou data pomocí AES zašifrována. Jeden klíč se používá v rámci sítě, to aby mohlo stejné území pokrývat více sítí, druhý k zabezpečení dat mezi sítí a uživatelskou aplikací.

 

 

LoRaWAN Master přijímá data ze všech bran, vyhodnocuje jejich rádiové vlastnosti a přeposílá je k patřičnému aplikačnímu serveru. Dalším úkolem bude odesílat přes vhodnou bránu data pro koncový bod. V budoucnu při dostatečném pokrytí lze určit pozici (místo) vysílače.

 

 

 

V současné době jsou definovány celkem tři třídy koncových bodů, které se liší dobou naslouchání a tudíž vlastní spotřebou. Třída A naslouchá jen chvíli po odvysílání dat, proto má spotřebu nejnižší. Třída B naslouchá po odvysílání dat jako třída A a v plánových časech. Poslední třída C naslouchá trvale, kromě doby vysílání, a proudový odběr má tudíž největší.

 

 

 

Pro snadnou realizaci koncového bodu vytvořil Microchip modemy LoRa, které pracují ve třídě A. Liší se pouze v přenosovém pásmu, ve kterém pracují, a územím, kde je lze využít.

 

 

S kmitočty 868 MHz a 433 MHz je modul RN2483 určen pro evropské podmínky. V Severní Americe pak budeme pracovat na frekvenci 915 MHz společně s RN2903. Modem je složen z rádiové části, řadiče s úplnou implementací protokolu LoRaWAN, hodin reálného času a EEPROM. Zmíněné modemy jsou navíc první, které byly LoRa Alliancí certifikovány a staly se tak standardem pro ostatní.