skip to Main Content

Loranätverk för sensorer

LoRa, som står för Long Range, är en patenterad trådlös digital dataöverföringsteknik som utvecklats i Frankrike. En standard som vuxit och fått spridning över hela världen. LoRa används för att bygga trådlösa nät på licensfria frekvenser över större ytor. LoRa möjliggör överföring av data över långa sträckor. Fokus är låg energiförbrukning, lång räckvidd och låg BER (felfrekvens i dataöverföringen). LoRa är en hårdvaru- och fabrikatsoberoende standard.

Vad är LoRa?

LoRa är i grunden en modulationsteknik men används också som samlingsnamn för de system som stöder LoRa-modulationen som sensornoder, gateways och inbäddade system. Många använder ofta benämningen LoRa när de egentligen menar LoRaWAN, mer om det nedan.Sensornät för LoRaWAN

LoRa-frekvenser

LoRa använder licensfria frekvenser på UHF och VHF-banden, det vill säga på frekvenser som ligger under 1 GHz. Bland banden finns VHF-frekvensen 169 MHz och UHF-frekvenserna 433 MHz och 868 MHz (Europa) samt 915 MHz (Nordamerika). Genom fria frekvenser borgar man för att nät enkelt kan byggas av i stort sett vem som helst. Inga licensavgifter tillkommer. Samtidigt finns ingen global frekvens vilket ger problem med interoperabilitet.

Även om banden är fria, tekniker som baseras på olicensierat spektrum som LoRa och wifi har inga garantier att data når fram. Ingen kan ge en QoS eller garantera tillgänglighet och upptider. Med ett LoRa-nät är det därför inte möjligt att lova tillgänglighet (eller upprätta ett SLA). Sådana nät är föremål för potentiell interferens från andra nät, skapat av andra LoRa-användare eller av andra tekniker på dessa band.

En nyckel till god räckvidd är valet av frekvenser på VHF och UHF som gör att det är lätt att nå långt med låg effekt. Lägre frekvenser har bättre vågutbredning än högre frekvenser som wifi exempelvis.

LoRa kan användas med tre olika bandbredder: 125 kHz, 250 kHz och 500 kHz vilket påverkar bland annat överföringshastigheten. Med LoRa kan man inte få någon hög överföringshastighet, det är ett protokoll avsett för IoT och sensordata, inte för videoöverföring eller nätverkskommunikation exempelvis.

LoRa-modulation

En annan avgörande faktor för att nå långt är valet av en modulering som bäst beskrivs som en frekvensmodulerad CSS (Chirp Spread Spectrum). Chirp står för ”Compressed High Intensity Radar Pulse” där en signals frekvens ökar eller minskar över tid. Tekniken är vanlig i sonar och radar men även i spread spectrum radioteknik. Utan att djupdyka i tekniken, CSS ger en bra mottagarkänslighet, data kan uppfattas även vid svaga signaler. En mottagare kan ha en känslighet på ned till -135 dBm eller mer och med en uteffekt på 100 mW så får man en länkbudget på 155 dB.

LoRa eller LoRAWAN?

LoRa används ibland i dagligt tal för LoRaWAN. LoRaWAN-specifikationen är ett nätverksprotokoll avsett för nätverk som med låg effekt täcker ett stort område (LPWAN). LoRaWAN är ett media access control (MAC) protokoll för kommunikationen mellan LPWA gateways och noder, detta fungerar som ett routing protokoll och underhålls av LoRa Alliance.

LoRaWAN är speciellt utformat för att trådlöst ansluta batteridrivna enheter som framförallt sensorer till Internet. LoRaWAN är trådlösa nätverk som byggs som antingen regionala, nationella eller globala nätverk. Kommunikationen är dubbelriktad och har en acceptabel säkerhet med kryptering end to end. Alla enheter från sensor till server är krypterade hela vägen.
Grundläggande uppbyggnad LoRaWAN

advantech wise-6610LoRaWAN nätverken byggs upp så att Gateways länkar ihop ändnoder med ett nätverk. Gateways ansluts till en server, där samtliga datapaket hanteras, via vanliga IP-nätverk och Gatewayen är med andra ord en transparent brygga som omvandlar inkommande radiopaket till IP-paket. Eftersom förbindelsen är dubbelriktad så sker omvandlingen åt två håll. LoRaWAN har inget stöd för MESH-teknik och inte stöd för att repetera datapaket vidare. LoRaWAN nätverk kan bestå av flera gateways men då måste dessa tidssynkroniseras.

En gateway måste i sin tur kopplas till en server som omtolkar IP till data till en kundapplikation, men det finns också gateways (här är vårt exempel på en sådan) som har en inbyggd server för att minimera behovet av hårdvara och skicka data direkt till slutkundens applikation.

Vem bygger LoRa-nät

LoRa-nät kan byggas av privata initiativ men också användas för att bygga nät liknande mobilnäten där en LoRa-operatör bygger nätet och slutkunder kan ansluta sig. Eftersom det är fria frekvenser det handlar om så är det inget hinder för vem som helst som önskar att bygga ett LoRa-nät.

Säkerhet och robusthet

LoRaWAN använder en AES128-bitars kryptering för att säkerställa säkerhet end-to-end. Denna säkerhet är inte ovillkorlig, det finns rapporter som pekar på att en hacker som ges fysisk access till en nod kan komma åt data som nätverkets krypteringsalgoritmer. Med noder placerade på allmän plats ökar en sådan risk. Eftersom noder ofta består av en LoRa-radio och en separat microkontroller är det möjligt att avlyssna trafiken i enheten och extrahera nätverkets säkerhetsnycklar med enkla medel. Även analysföretaget Northstream kategoriserar i sitt whitepaper Connectivity technologies for IoT LoRa som en teknik med låg säkerhet.

Nackdelar långsiktigt

Propritära LPWA tekniker, som exempelvis LoRa har kommit in tidigt på marknaden och erbjuder en bra bredd i form av många olika modeller av hårdvara och vettigt pris. Men ett hot mot tekniken är skalbarheten. De använder olicensierat spektrum, när miljontals enheter skall kopplas upp är det frågan om tekniken är tillräckligt skalbar. I början av IoT-utvecklingen kan de leverera det som förväntas men i ett längre perspektiv är skalbarhet, säkerhet, SLA och Quality of Service fyra tänkbara problem.

Operatörerna ligger i startgroparna för att bygga nät med exempelvis NB-IoT-teknik, denna har en intressant potential och även om vi gillar små initiativ så har operatörerna både kunnande och kapital för att kunna bygga stora sensornät. Även den kommande 5G-tekniken kommer att adressera detta och erbjuda uppkoppling av sensorer i helt annan utsträckning än tidigare.

Back To Top
×Close search
Sök