Tổng quan về công nghệ Lora

Công nghệ Lora chắc hẳn không còn quá xa lạ gì đối với mọi người. Nó hay được nhắc đến trong các ứng dụng liên quan như IoT, smart city, smart factory,... Vậy hãy cùng đi sâu hơn để tìm hiểu về công nghệ Lora qua bài viết này nhé. 

1. Công nghệ Lora là gì?

Lora (Long Range Radio) được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Đây là một công nghệ không dây dùng để truyền dữ liệu tầm xa, năng lượng thấp và an toàn cho các ứng dụng M2M và IoT. Lora là công nghệ điều chế RF cho mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) có khả năng truyền dữ liệu lên đến 5km ở khu vực đô thị và 10-15km ở khu vực nông thôn. Đặc điểm của công nghệ Lora là yêu cầu điện năng cực thấp, cho phép tạo ra các thiết bị hoạt động bằng pin với thời gian lên tới 10 năm. Công nghệ Lora được sử dụng để kết nối không dây các cảm biến, gateway, máy móc, thiết bị, động vật, con người, … với đám mây.

2. Yếu tố cơ bản của công nghệ Lora

a. Điểm cuối

Đây là yếu tố đầu tiên để cấu thành một mạng lưới Lora. Tại các điểm cuối quá trình điều khiển và cảm biến được thực hiện và được đặt rất xa.

b. Cổng Lora

Các cơ sở hạ tầng từ điểm cuối sẽ được truyền đến cổng Lora. Tại đây chúng sẽ được chuyển vào hệ thống backhaul. Cổng Lora có thể là: Ethernet, di động hoặc các liên kết viễn thông có hoặc không dây. Quá trình kết nối giữa cổng Lora và máy chủ được thực hiện bởi các kết nối IP thông thường. Những dữ liệu có thể kết nối với mạng viễn thông, dù là riêng tư hay công cộng. Phần lớn các cổng Lora đều được đặt ở trạm cơ sở di động nhất định. Vậy nên, người dùng có thể sử dụng thêm năng lượng trên mạng backhaul.

c. Máy chủ mạng Lora

Đây được xem là một phần chức năng của công nghệ Lora. Máy chủ mạng Lora hoạt động nhằm thực hiện nhiệm vụ:

• Loại bỏ các gói dữ liệu trùng lặp
• Giúp dữ liệu điều chỉnh tốc độ hiệu quả
• Ghi nhận lịch trình
• Triển khai mạng Lora dễ dàng hơn

d. Máy tính điều khiển từ xa

Yếu tố này đảm nhiệm chức năng điều khiển hoạt động và thu thập dữ liệu từ điểm cuối. Các nút của máy tính đặt trong cấu trúc liên kết với cổng Lora để tạo thành cầu nối. Nhờ đó, những tin nhắn được chuyển tiếp giữa máy chủ mạng trung tâm và điểm cuối trong phần phụ trợ.

3. Nguyên lý hoạt động của Lora

Công nghệ Lora sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum, kỹ thuật này sử dụng các dữ liệu được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc. Sau đó tín hiệu cao tần sẽ tiếp tục được mã hóa theo các chuối chirp signal trước khi truyền ra anten để gửi đi. Nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ lieeuk. Lora không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu lora có thể được nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cả nhiễu môi trừng xung quanh. Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khác nhau trên thế giới:

• 430MHz cho châu Á
• 780MHz cho Trung Quốc
• 433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu
• 915MHz cho USA

Chirp signal cho phép các tín hiệu Lora có thể hoạt động trong cùng 1 khu vực mà không gây nhiễu cho nhau. Cho phép nhiều thiết bị có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời.

4. Ưu nhược điểm của công nghệ Lora

a. Ưu điểm

• Có hai lớp bảo mật được mã hóa AES: một lớp dành cho mạng lớp còn lại phục vụ cho các ứng dụng
• Số lượng tin nhắn trong một ngày không bị giới hạn
• Chăm sóc hàng ngàn thiết bị đầu cuối chỉ bằng một gateway Lora đơn
• Bảo trì tuổi thọ pin cho các thiết bị nhờ cảm biến công suất thấp
• Có khả năng phủ sóng cực rộng, được tính bằng Km
• Tần số hoạt động của công nghệ Lora là miễn phí, thậm chí người dùng không cần cấp chi phí trả trước

b. Hạn chế

• Công nghệ Lora dụng tần số mở nên có thể bị nhiễu sóng hoặc dữ liệu được truyền có tốc độ thấp hơn khi được ứng dụng vào thực tế
• Không phải là sự lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng yêu cầu theo dõi theo thời gian thực
• Tải trọng bị giới hạn ở 100 byte

5. Ứng dụng của công nghệ Lora trong nền sản xuất hiện đại

a. Ứng dụng Lora trong những nhà máy thông minh

Nhà máy thông minh đi liền với các máy móc, thiết bị cùng với khối lượng công việc khổng lồ. Việc kết nối chúng lại với nhau chỉ bằng LTE hoặc wifi là không đủ. Để các cảm biến có thể hoạt động ổn định, đảm bảo thì các thiết bị kết nối cần có độ tin cậy, an toàn và bền vững. Lora ra đời đã xóa bỏ đi các thách thức này, giúp nhà máy tiết kiệm đi các chi phí cao. Các phần mềm điển hình trong nhà máy thông minh như MES, ERP, IoT khi hoạt động trên Lora tạo ra một kết nối lý tưởng, giúp thu thập nguồn dữ liệu khổng lồ luôn biến động. Ngoài ra, các nhà máy không phải đầu từ vào các cơ sở hạ tầng dựa trên silo khác nhau để đạt được tiết kiệm đáng kể chi phí và cung cấp dịch vụ hiệu quả cùng một lúc.

b. Ứng dụng cho các thiết bị IoT

Các thiết bị IoT hiện nay sử dụng công nghệ Lora nhằm hỗ trợ liên lạc trong nhà máy với ít năng lượng được sử dụng và giảm dữ liệu bị truyền nhiều. Ưu điểm của công nghệ này là khoảng cách hoạt động xa và tiết kiệm được năng lượng. Tốc độ bit của công nghệ Lora thấp nhất, thích hợp để truyền tải các dữ liệu như tín hiệu điều khiển, dữ liệu cảm biến trong các ứng dụng IoT.

c. Ứng dụng Lora trong các thành phố thông minh

Khu vực thành phố thông minh là nơi có dân cư đông đúc, việc mạng và tín hiệu khó khăn trong việc thâm nhập là một trở ngại lớn trong việc phát triển các thành phố được kết nối. Lúc này chỉ riêng kết nối LTE và Wifi sẽ là không đủ. Tuy nhiên, nơi nào có vấn đề, sẽ luôn có giải pháp. Nhờ kết nối LoRaWAN, các thành phố hiện có thể giải quyết những thách thức này. LoRaWAN lý tưởng cho các thành phố vì đây là một nền tảng dựa trên tiêu chuẩn mở, ngang, không yêu cầu thực hiện riêng lẻ nhiều công nghệ độc quyền. Đáp ứng tất cả các loại case studydọc, nước, năng lượng, chiếu sáng đường phố, mà không cần phải triển khai nhiều cơ sở hạ tầng dành riêng cho từng trường hợp. >>> Xem thêm: IoT là gì? tổng quan về IoT