เทคโนโลยีไร้สาย LoRa ในด้านแอปพลิเคชัน IoT แอปพลิเคชัน

เทคโนโลยีไร้สาย LoRa ในด้านแอปพลิเคชัน IoT

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ LoRa

ชื่อเต็มของ"โลรา": "วิทยุระยะไกล"เป็นเทคโนโลยีการปรับสเปกตรัมกระจายเสียงเจี๊ยบ ชื่อจีนคือ"วิทยุระยะไกล". เป็นมาตรฐานไร้สายเครือข่ายท้องถิ่นพลังงานต่ำที่สร้างโดย semtech โดยทั่วไปแล้วการใช้พลังงานต่ำจะครอบคลุมระยะทางไกลได้ยาก โดยทั่วไปแล้วการใช้พลังงานทางไกลจะสิ้นเปลืองพลังงานสูง ดูเหมือนว่าม้าจะวิ่งไกลโดยไม่กินหญ้าได้ยากคุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดของ LoRa คือสามารถเดินทางได้ไกลกว่าวิธีไร้สายอื่นๆ ภายใต้สภาวะการใช้พลังงานเดียวกัน และตระหนักถึงความเป็นเอกภาพของการใช้พลังงานต่ำและระยะทางไกลอย่างแท้จริง ภายใต้การใช้พลังงานเท่ากัน LoRa จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการสื่อสารด้วยความถี่วิทยุแบบเดิม สามารถขยายได้ 3-5 เท่า จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของ Internet of Things

มีเทคโนโลยีไร้สายมากมายในด้านแอปพลิเคชัน IoT เช่น 2.4GHz WiFi, Bluetooth, Zigbee เป็นต้น เทคโนโลยีเหล่านี้สามารถสร้างเครือข่ายท้องถิ่น และเทคโนโลยีไร้สายเหล่านี้ เช่น 2G/3G/ 4G สามารถสร้างเครือข่ายบริเวณกว้างได้ ข้อดีและข้อเสียมีความชัดเจนมาก สามารถสรุปได้ดังภาพด้านล่าง

ในเทคโนโลยีเหล่านี้ ดูเหมือนว่าเราจะสามารถเลือกได้ระหว่างการใช้พลังงานทางไกลและพลังงานต่ำเท่านั้น จนกระทั่ง Low Power Wide Area Network LPWAN (Low Power Wide Area Network) ถูกสร้างขึ้น เมื่อนักออกแบบนำเทคโนโลยี LPWAN มาใช้ พวกเขาสามารถดูแลทั้งสองอย่างได้ ทำให้การสื่อสารทางไกลใช้งานได้สูงสุดและใช้พลังงานน้อยลง และในขณะเดียวกันก็ประหยัดค่าใช้จ่ายของรีพีทเตอร์เพิ่มเติม

ในด้าน Internet of Things (LPWAN) พื้นที่กว้างพลังงานต่ำ มีสองค่ายที่แยกจากกัน"คลื่นความถี่ที่ได้รับอนุญาต"และ"คลื่นความถี่ที่ไม่มีใบอนุญาต"; ในค่ายคลื่นความถี่ที่ได้รับใบอนุญาต เทคโนโลยี NB-IoT เป็นผู้นำที่ใช้โดยผู้ประกอบการในประเทศและต่างประเทศ ผู้จำหน่ายอุปกรณ์ ผู้ผลิตโมดูลและชิป และระบบนิเวศอุตสาหกรรมอื่นๆ กำลังผลักดันไปข้างหน้า ค่ายสเปกตรัมที่ไม่มีใบอนุญาตถูกครอบงำโดยเทคโนโลยี LoRa หลังจากการพัฒนาในประเทศมีอุปสรรคหลายครั้ง ความพยายามของพันธมิตรด้านระบบนิเวศทั่วโลกก็กลายเป็นมาตรฐานสากลโดยพฤตินัย

องค์ประกอบของเครือข่าย LoRa

เครือข่าย LoRa ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ส่วน: เทอร์มินัล (พร้อมโมดูล LoRa ในตัว), เกตเวย์ (หรือสถานีฐาน), เซิร์ฟเวอร์ และคลาวด์ ข้อมูลแอปพลิเคชันสามารถส่งข้อมูลได้ทั้งสองทิศทาง

ประเด็นทางเทคนิคของ LoRa

LoRa ผสมผสานสเปกตรัมการแพร่กระจายแบบดิจิทัล การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล และเทคโนโลยีการเข้ารหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้าเข้าด้วยกัน พร้อมด้วยประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อน ก่อนหน้านี้ เฉพาะการสื่อสารทางวิทยุอุตสาหกรรมขั้นสูงเท่านั้นที่จะรวมเข้ากับเทคโนโลยีเหล่านี้ และด้วยการเปิดตัว LoRa สถานการณ์ในด้านการสื่อสารไร้สายแบบฝังตัวก็เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเทคโนโลยีการเข้ารหัสการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบส่งต่อคือการเพิ่มข้อมูลที่ซ้ำซ้อนลงในลำดับข้อมูลที่จะส่ง เพื่อให้สัญลักษณ์ข้อผิดพลาดที่แทรกเข้ามาในระหว่างกระบวนการส่งข้อมูลสามารถแก้ไขได้ทันเวลาเมื่อสิ้นสุดการรับ เทคนิคนี้ช่วยลดความจำเป็นในการสร้างก่อนหน้านี้"ซ่อมแซมตัวเอง"แพ็คเกจที่จะส่งซ้ำและทำงานได้ดีในการแก้ไขข้อผิดพลาดกะทันหันที่เกิดจากการซีดจางแบบหลายเส้นทาง เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ การจัดกลุ่มแพ็กเก็ตข้อมูลจึงถูกสร้างขึ้นและการฉีดรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดส่งต่อเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ และแพ็กเก็ตข้อมูลจะถูกส่งไปยังโมดูเลเตอร์สเปรดสเปกตรัมแบบดิจิทัล โมดูเลเตอร์จะอินพุตแต่ละบิตในแพ็กเก็ตข้อมูลแพ็กเก็ตลงใน"การแพร่กระจาย"และแบ่งเวลาแต่ละบิตออกเป็นหลายชิป

LoRa สามารถรับมือกับสัญญาณรบกวนได้อย่างง่ายดาย กำหนดค่าโมเด็ม LoRa หลังจากการกำหนดค่า มันสามารถแบ่งออกเป็น 64-4096 ชิป/บิต และปัจจัยการแพร่กระจายสูงสุด (12) ใน 4096 ชิป/บิตสามารถใช้ได้มากที่สุด ในทางตรงกันข้าม ZigBee สามารถแบ่งชิป/บิตได้เพียง 10-12 รหัสเท่านั้น

เทคโนโลยี LoRa ใช้ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายสูงในการส่งข้อมูลความจุน้อยผ่านสเปกตรัมความถี่วิทยุที่หลากหลาย ในความเป็นจริง เมื่อคุณวัดด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ข้อมูลจะดูเหมือนสัญญาณรบกวน แต่ความแตกต่างก็คือสัญญาณรบกวนนั้นไม่เกี่ยวข้อง และข้อมูลก็มีความเกี่ยวข้องเช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงสามารถดึงข้อมูลออกมาจากสัญญาณรบกวนได้จริง.ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์ความถี่การแพร่กระจายสูงเท่าใด ข้อมูลก็สามารถดึงออกมาจากสัญญาณรบกวนได้มากขึ้นเท่านั้น สำหรับเครื่องรับ GFSK ที่ทำงานได้ดี อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) ขั้นต่ำที่ 8 dB จะต้องได้รับการดีมอดูเลตอย่างน่าเชื่อถือ ด้วยการกำหนดค่า AngelBlocks LoRa สามารถสาธิตสัญญาณที่มีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่ -20 dB ผลลัพธ์นี้แตกต่าง 28 dB ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มช่วงและระยะทางในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง ช่องว่าง 6 dB สามารถเข้าถึงสองเท่าของระยะการส่งสัญญาณดั้งเดิม

ด้วยวิธีนี้ เทคโนโลยี LoRa จึงสามารถบรรลุช่วงการส่งข้อมูลและระยะทางที่มากขึ้นด้วยกำลังการส่งข้อมูลที่ต่ำลง เทคโนโลยีพื้นที่กว้างที่ใช้พลังงานต่ำนี้เป็นสิ่งที่เราต้องการอย่างแท้จริง

Low Power Wide Area Network (LPWAN) เป็นส่วนสำคัญของ Internet of Things มีลักษณะของการใช้พลังงานต่ำ ครอบคลุมกว้าง และการเจาะที่แข็งแกร่ง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวางตำแหน่งน้ำ การตรวจสอบโคมไฟถนน และการตรวจสอบพื้นที่จอดรถ ในแอปพลิเคชันอื่น ให้ส่งและรับข้อมูลจำนวนเล็กน้อยองค์กรที่เกี่ยวข้องกับ LPWAN LoRa Alliance มีสมาชิก 145 รายทั่วโลก และระบบนิเวศอันอุดมสมบูรณ์ทำให้อุปกรณ์ที่ปฏิบัติตามโปรโตคอล LoRaWAN เข้ากันได้วิธีการสื่อสารที่เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับ LoRaWAN ซึ่งสามารถเข้าถึงโหนดเซ็นเซอร์ไร้สายนับหมื่นภายในระยะ 5 ถึง 10 กิโลเมตร ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานในการสื่อสารของโหนดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการสื่อสารแบบโพลแบบจุดต่อจุดแบบดั้งเดิม