Mạng LoRaWAN là gì? Cơ chế hoạt động và ứng dụng thực tế trong IoT

Mạng LoRaWAN là gì? Tìm hiểu cơ chế hoạt động chi tiết

Trong kỷ nguyên Internet of Things (IoT) phát triển mạnh mẽ, nhu cầu kết nối các thiết bị ở khoảng cách xa với tiêu thụ năng lượng thấp trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Đó là lý do mạng LoRaWAN ra đời. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về công nghệ này và cơ chế vận hành của nó ngay sau đây.

Khái quát về mạng LoRaWAN

LoRaWAN (viết tắt của Long Range Wireless Area Network) là một giao thức truyền thông được tạo ra bởi LoRa Alliance, chuyên dùng để giao tiếp giữa các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng ở khoảng cách xa.

Giao thức LPWAN là tên gọi chung của LTE-M, NB-IoT, SigFox và một số giao thức khác. LPWAN có công suất hoạt động thấp (20dBm), tốc độ bit thấp hơn (tối đa 10Mb/giây) và mạng IoT tầm xa dưới 10km.

LoRaWAN là một kiến trúc hệ thống và giao thức truyền thông trong mạng dựa trên Lora

Các thành phần của mạng LoRaWAN

End Devices

End Devices (thiết bị cuối) là các cảm biến hoặc thiết bị truyền động được kết nối không dây với mạng LoRaWAN thông qua các Gateway sử dụng công nghệ điều chế LoRa. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố, khóa cửa, ngắt van nước, cảnh báo rò rỉ…

Thiết bị đầu cuối là một thiết bị nguồn hoặc thiết bị đích trong hệ thống được nối mạng

Gateway LoRaWAN

Gateway LoRaWAN (cổng LoRaWAN) đóng vai trò là đầu nối mạng, có chức năng chuyển đổi giao thức truyền thông Lora thành TCP, giao thức IP để truyền dữ liệu vào mạng. Thiết bị này giúp giảm khả năng lỗi gói tin cũng như tối ưu chi phí pin cho các cảm biến di động.

Gateway LoRaWAN là một đầu nối mạng có thể chuyển đổi giao thức mạng

Network server

Network server (máy chủ mạng) đảm nhận vai trò quản lý toàn bộ hệ thống, điều chỉnh thiết lập và tạo kết nối AES 128-bit an toàn để truyền tải, kiểm soát dữ liệu. Nó đảm bảo tính xác thực của các cảm biến và tính toàn vẹn của mọi thông báo.

Network server là mô hình mạng máy tính có thể truyền dữ liệu cho nhau

Application servers

Application servers (máy chủ ứng dụng) chịu trách nhiệm xử lý, quản lý và diễn giải dữ liệu nhận được từ các cảm biến, đồng thời tạo ra các downlink payloads gửi ngược về thiết bị đầu cuối.

Application Servers là máy chủ ứng dụng được sử dụng để điều khiển hoạt động giữa người dùng và doanh nghiệp

Join Server

Join Server quản lý quá trình kích hoạt cho các thiết bị cuối khi tham gia vào mạng. Nó chứa thông tin xác thực, báo cho network server và application servers về việc kết nối với thiết bị đầu cuối, đồng thời thực hiện mã hóa toàn bộ quá trình đó.

Join Server: quản lý quá trình kích hoạt cho các thiết bị cuối được thêm vào mạng

Cách thức hoạt động của LoRaWAN

Đặc điểm cơ bản của LoRaWAN là hoạt động trong phạm vi phổ không được cấp phép dưới 1GHz. Trong khi đó, WiFi hoạt động ở tần số cao hơn là 2.4GHz và 5GHz, còn 4G hoạt động trong khoảng từ 2 đến 8GHz.

Cấu trúc liên kết LoRaWAN bao gồm hai phần chính: Cấu trúc liên kết hình sao tầm xa (bao gồm máy chủ mạng trung tâm kết nối với các cổng LoRa trung gian) và các nút cuối kết nối với nền tảng IoT. Quá trình giao tiếp này diễn ra hai chiều.

LoRaWAN hoạt động trong phạm vi phổ không được cấp phép dưới 1GHz

Ưu và nhược điểm của LoRaWAN

Ưu điểm

• Các cảm biến hoạt động với công suất thấp và phủ sóng rộng trên không gian lớn.
• Sử dụng công nghệ không cần chi phí trả trước.
• Thiết bị có tuổi thọ pin cao nhờ tiêu thụ năng lượng thấp.
• Các cổng Gateway có thể kết nối hàng nghìn thiết bị cuối hoặc các nút.
• Dung lượng đường truyền lên đến 100 byte.
• Chi phí kết nối thấp.

Nhược điểm

• Không thể truyền dữ liệu lớn, giới hạn trong 100 byte dữ liệu.
• Không thích hợp cho các ứng dụng thời gian thực yêu cầu độ trễ cực thấp.
• Mật độ thiết bị LoRaWAN quá dày đặc có thể gây khó khăn cho việc tồn tại cùng nhau giữa các công nghệ LPWAN.

Những lưu ý khi sử dụng mạng LoRaWAN

Làm thế nào để kết nối với mạng LoRaWAN

Đối với người dùng cá nhân, LoRaWAN cung cấp dịch vụ miễn phí. Để kết nối, bạn chỉ cần sử dụng mạng cục bộ bất kỳ có bảo mật 128-AES. Hiện nay, LoRaWAN đã có mặt tại hơn 100 quốc gia với sự hỗ trợ của hơn 100 nhà khai thác hàng đầu.

Bạn có thể đăng ký thông qua các nền tảng phổ biến như:

1. Things Network: Hệ sinh thái LoRaWAN lớn nhất hiện nay, ứng dụng trong bãi đậu xe thông minh, theo dõi gia súc hay tưới tiêu.
2. AWS: Hệ sinh thái IoT thuộc Amazon.
3. LoRa Server: Lựa chọn tối ưu để kết nối với Google Cloud IoT.
4. Link Labs: Cung cấp giải pháp phần cứng chuyên dụng cho LoRaWAN.

LoRaWAN hiện có mặt tại hơn 100 quốc gia cùng hơn 100 nhà khai thác hàng đầu thế giới

Ứng dụng của LoRaWAN đối với đời sống

LoRaWAN được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ thành phố thông minh, công nghiệp, chăm sóc sức khỏe đến nông nghiệp, cụ thể như:

• Hệ thống chiếu sáng thông minh.
• Giám sát chất lượng không khí và cảnh báo ô nhiễm.
• Quản lý phương tiện và bãi đậu xe thông minh.
• Phát hiện bức xạ và rò rỉ.
• Tăng cường an ninh gia đình.
• Quản lý và thiết bị theo dõi sức khỏe.
• Quản lý chăn nuôi và trồng trọt thông minh.
• Cảm biến mực nước và kiểm soát tưới tiêu.

Hy vọng qua những thông tin bên trên, bạn đã hiểu hơn về mạng LoRaWAN và cơ chế hoạt động của nó. Nếu có thắc mắc, hãy để lại bình luận cho chúng tôi biết nhé!