LoRaWAN

LoRa (ang. Long Range) i LoRaWAN (ang. LoRa Wide Area Network) – protokół i system komunikacji bezprzewodowej dalekiego zasięgu o małej mocy (LPWAN), przeznaczony do zastosowań komunikacji między urządzeniami internetu rzeczy (IoT/M2M)^[1]. Maksymalne odległości między urządzeniami a stacjami bazowymi wynoszą 10–15 km^[2]. Absolutny rekord odległości z czwartku 7 września 2023 to 1336 km (830 mil morskich), osiągnięty poprzez udaną komunikację między trakerem zainstalowanym na łodzi rybackiej Estrela de Sesimbre i bojach u wybrzeża koło Sesimbry w Portugalii a bramą sieciową systemu LoRaWAN na Wyspach Kanaryjskich^[3]. Poprzedni rekord z czwartku 16 marca 2020 to 832 km^[4] Łączność na takie dystanse jest możliwa dzięki propagacji troposferycznej. Szybkość transmisji danych w systemie LoRa wynosi między 0,3 kb/s a 37,5 kb/s^[2]. Z racji technik użytych w celu minimalizacji użycia energii, LoRa nie jest odpowiednia dla usług czasu rzeczywistego a jedynie dla tych aplikacji, w których można tolerować opóźnienia.

LoRa wykorzystuje wolne od licencji sub-gigahercowe pasma częstotliwości radiowych (tzw. Pasmo ISM), takie jak 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europa) i 915 MHz (Ameryka Północna).

Przyjęta topologia sieci to tzw. rozszerzona gwiazda (ang. star-of-stars) – element centralny jest otoczony elementami pośrednimi – tzw. bramkami (ang. gateways), które komunikują się z urządzeniami końcowymi. Maksymalną liczbę urządzeń końcowych szacuje się na 15 000 na bramkę, lecz oczekuje się, że nowsze wersje sprzętu pozwolą na co najmniej potrojenie pojemności sieci^[2]. Im większa liczba urządzeń końcowych w komórce, tym mniejsza przepływność sieci^[5].

W warstwie radiowej LoRa używa techniki modulacji z widmem rozproszonym CSS (ang. chirp spread spectrum), która jest uznawana za pierwszą niskokosztową implementację tego rodzaju modulacji do zastosowań komercyjnych.

Zagadnienia związane są z LoRaWAN są wspierane przez stowarzyszenie LoRa Alliance^[6]. Głównym celem organizacji są zapewnienie interoperacyjności produktów LoRaWAN oraz promocja technologii. Obecnie stowarzyszenie liczy ponad 500 członków, w tym IBM, MicroChip, Orange, Cisco, KPN, Swisscom, Semtech, Bouygues Telecom, Singtel, Proximus i MikroTik. Firma Cisco ogłosiła 1 października 2024 r., że wycofuje się z rynku LoRaWAN^[7].

LoRaWAN jest protokołem, który charakteryzuje się niskim zapotrzebowaniem na energię urządzenia wykorzystywanego do komunikacji. Protokół ten dostosowuje moc nadajnika i szybkość transmisji do aktualnych warunków propagacyjnych (rozprzestrzeniania się fal). W praktyce oznacza to długi czas pracy czujnika na jednej baterii, a niekiedy całkowitą rezygnację z zasilania bateryjnego. Stosuje się wówczas niewielkie ogniwa fotowoltaiczne, bądź też elementy piezoelektryczne, z których zostaje pozyskiwana energia.

Łącza LoRa mają zasięg sięgający kilkunastu kilometrów. Pod tym względem przeważa nad rozwiązaniami takimi jak Bluetooth i WiFi.

Korzystanie z LoRa nie wiąże się z opłatami licencyjnymi za częstotliwości. W systemie LoRa używane są nielicencjonowane pasma częstotliwości (433 MHz, 868 MHz, a także 915 MHz). Do sieci LoRaWAN jednocześnie można podłączyć wiele urządzeń, przez co protokół ten sprawdza się w przypadku wykorzystania go jako rozwiązania komunikacyjnego dla miast.

Minusem łącz LoRa jest szybkość transmisji danych. Mieści się ona w przedziale 0,3-37,5 kbps. Uniemożliwia ona urządzeniom przesyłanie dużych rozmiarów danych, pozwala natomiast na pracę sieci czujników.

Kolejnym ograniczeniem sieci LoRa jest wysoka cena modułów komunikacyjnych^[8].