Pierwsze doświadczenie z technologią LoRaWAN™

Czym  jest LoRaWAN™?

To technologia umożliwiająca dwukierunkową komunikację radiową, dedykowaną dla rozwiązań Internetu Rzeczy (Internet of Things). Do jej najważniejszych zalet zalicza się:

• duży zasięg sieci,
• niskie zużycie energii
• oraz możliwość podłączenia dużej liczy urządzeń do pojedynczego koncentratora (ang. gateway).

Teoretycznie pokrycie sieci powinno obejmować do 20 km, a liczba urządzeń, obsługiwanych potencjalnie przez pojedynczy koncentrator wynosić 20 tysięcy. Transmisja danych w sieci LoRaWAN™ zabezpieczona została algorytmem szyfrującym AES, kluczem 128 bitowym. Komunikacja odbywa się z częstotliwością 868 MHz, czyli w paśmie ISM, które jest nielicencjonowane.

LoraWAN – zasięg sieci

Warto wspomnieć nieco więcej na temat zasięgu sieci. Jak zostało wspomniane, w teorii powinien on obejmować do 20 km. Bardzo szybko zweryfikowała to praktyka. Okazuje się bowiem, że przy wykorzystaniu standardowych rozwiązań trudno osiągnąć pokrycie nawet 1 km w terenie zabudowanym! Powoduje to fakt, że urządzenia wyposażone są w niskiej jakości układy antenowe. Dla przykładu, maksymalna odległość poprawnej transmisji bramki Lorank 8 (ponad 2 metry nad ziemią) wyposażonej w standardową antenę ćwierćfalową z certyfikowanym modułem radiowym RN2483, która również pracowała z tą anteną, nie osiągnęła zasięgu jednego kilometra. Modyfikacja polegająca na zastosowaniu przemysłowej dipolowej anteny półfalowej oraz wyeksponowaniu jej na wysokość 10 metrów znacząco poprawia zasięg sieci (od 2 do 5km, w zależności od jakości układu antenowego).

Liczbę urządzeń, które można podłączyć do LoRaWAN™ trudno zweryfikować, ponieważ sieć ta jest na tyle nowa, a moduły radiowe na tyle kosztowne, że zakup ich samych w liczbie 20 tysięcy byłby bardzo drogi – estymacja wynosi około 100 tysięcy euro. Jednak po zagłębieniu się w dokumentację technologii, można odnieść wrażenie, że w istocie jest to wykonalne.

Technologię LoRaWAN™ zaprojektowano, aby minimalizować zużycie energii elektrycznej przez urządzenia końcowe. Zaliczają się do nich między innymi czujniki temperatury. Świetnie sprawdza się to przy rozwiązaniach bateryjnych. Stanowi to niewyobrażalną zaletę opisywanej technologii. Niskie zużycie energii zapewniane jest poprzez możliwość wyboru rodzaju komunikacji oraz tryb uśpienia modułów radiowych.

Bezpieczeństwo w sieci gwarantuje natomiast podstawowe szyfrowanie kluczem 128 bitowym AES128. Nie jest ono jednak doskonałe – dzisiejszy standard to użycie klucza 256-bitowego AES256. Na szczęście problemu nie stanowi dodanie kolejnej warstwy szyfrowania pakietów danych z wykorzystaniem algorytmu i długości klucza wymaganej do danego rozwiązania.

W tym kontekście warto wspomnieć o istnieniu otwartej społeczności, która wykorzystując technologię LoRaWAN™ tworzy darmowy serwer danych dla aplikacji opartych o technologię – The Things Network. Głównym zamysłem tej inicjatywy jest stworzenie bezpłatnej sieci w miastach, co w znaczącym stopniu upraszcza tworzenie rozwiązań Smart Cities przez ich mieszkańców. Inicjatywa ta prężnie działa od niedawna również w naszym rodzimym mieście – Poznaniu.

Podsumowując, technologia LoRaWAN™, w sensie technicznym, nie jest nowością. Nie stanowi ona żadnego odkrycia. Ma jednak sporą przewagę nad innymi graczami. Dzięki połączeniu w odpowiednio wyważony sposób wszystkich wspomnianych cech oferuje ogromny potencjał dla zastosowań Internetu Rzeczy (IoT) i Inteligentnych Miast (Smart Cities).

Artykuł napisał Adam Mydlarz, Business Software Developer w Apollogic.