LoRaWAN คืออะไร?

2 weeks ago IIoT - Industrial Internet of Things, Industrial IT, Industrial Technology, What is, Wireless Networking

ความเดิมตอนที่แล้วจาก ‘What is LPWAN?’ ได้มีการยกตัวอย่างกลุ่มเทคโนโลยีที่มีคุณสมบัติใช้พลังงานต่ำและมีความครอบคลุมของสัญญาณในระยะไกล ซึ่งภายในมีผู้นำเสนอการอิมพลีเม้นต์แนวคิดนี้หลายค่าย โดย LoRaWAN คือเทคโนโลยีตัวหนึ่งที่ปัจจุบันได้รับการสนับสนุนหลักจากองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรที่ชื่อ LoRa Alliance ในบทความนี้เราจะพาทุกท่านไปเจาะลึกกันถึงจุดเริ่มต้นและนิยามของเทคโนโลยีนี้กันให้ลึกไปกว่าเดิม

LoRaWAN คืออะไร?

LoRa ย่อมาจาก Long Range แน่นอนว่าเน้นการส่งระยะไกลซึ่งไอเดียของเทคโนโลยีคือมีการมอดูเลตสัญญาณด้วยเทคนิคพิเศษจากพื้นฐานของ Spread Spectrum ที่เรียกกว่า chirp spread spectrum(CSS) ที่มีการคิดค้นเรื่องของการส่งสัญญาณให้ได้ตามคุณสมบัติและมีการแก้ไขข้อผิดพลาด ซึ่งอันที่จริงแล้วเทคโนโลยีนี้เริ่มต้นจากบริษัท Cycleo ในฝรั่งเศสที่มีการจดลิขสิทธิ์ด้วยในปี 2014 แต่ก่อนหน้านั้นปี 2012 บริษัทได้ถูกควบรวมโดย Semtech จากสหรัฐอเมริกา

มาถึงตรงนี้เราได้เรียนรู้แล้วว่า LoRa คือมุมมองของการอิมพลิเม้นต์ในระดับฮาร์ดแวร์ แต่การที่จะควบคุมให้ฮาร์ดแวร์ LoRa มีกรอบการสื่อสารก็ต้องใช้ซอฟต์แวร์หรือโปรโตคอลระดับ MAC หรือที่รู้จักกันภายใต้ชื่อ LoRaWAN โดยว่าด้วยเรื่องของวิธีการส่งและรูปแบบของสารที่จะส่ง

ข้อดีของ LoRaWAN

LoRa สามารถรองรับการส่งสัญญาณได้ที่ 915 MHz, 868 MHz แบะ 433 MHz หรือเป็นส่วนย่อนของย่านความถี่ระดับกิกะเฮิร์ตที่ไม่ติด License แล้วแต่ภูมิภาคในยุโรปจะอยู่ที่ EU868 หากเป็นอเมริกาเหนือจะอยู่ที่ IN865 และเอเชียก็จะเป็นอีกช่วงหนึ่ง ทั้งนี้ทั้งหมดความโดดเด่นคือการเป็นเทคโนโลยีที่เก่งตัวหนึ่งสำหรับ IoT เพราะมีการใช้พลังงานต่ำและมีระยะการส่งที่ดี โดยมีข้อดีที่น่ารู้ ดังนี้

ใช้ไฟน้อยแบบสุดๆ โดยอุปกรณ์ที่รองรับ LoRaWAN อาจใช้ได้นานถึง 10 ปี
เกตเวย์ของ LoRaWAN สามารถส่งและรับข้อมูลได้ไกลกว่า 10 กิโลเมตรในพื้นที่ชนบทและ 3 กิโลเมตรในพื้นที่เมือง
ทะลุทะลวงในสภาพแวดล้อมแบบ indoor ได้ครอบคลุมไปถึงหลายชั้น
ไม่ต้องซื้อสิทธิบัตรการใช้สเปกตรัม
มีความสามารถเรื่องของพิกัดโดยไม่ต้องมี GPS ด้วยการประมาณการแบบ triangulation หรือถ้าจะระบุต้องมีเกตเวย์ 3 ตัวจับสัญญาณได้
เซิร์ฟเวอร์ระดับเครอข่ายสามารถรองรับข้อมูลได้หลายล้านที่มาจากเกตเวย์ได้หลายพันตัว
ใช้ได้ทั้งสถานการณ์แบบเครือข่ายสาธารณะและส่วนตัวโดยชุดฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เดียวกัน
มีการเข้ารหัสระหว่างอุปกรณ์ปลายทางสู่เซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชันได้แบบ AES-128
ทำการอัปเดตเฟิร์แวร์ผ่านอากาศได้ (over the air)
โรมมิ่งระหว่างเครือข่ายได้
ใช้โครงสร้างพื้นฐานน้อยลดต้นทุนและมีซอฟต์แวร์แบบโอเพ่นซอร์ส
มีโครงสร้างออกใบรับรองโดย LoRa Alliance ให้อุปกรณ์ให้ความมั่นใจแก่ผู้ใช้ว่าอุปกรณ์ได้ผ่านการรับรองมาตรฐาน
มีกลุ่มพัฒนาสนับสนุนขนาดใหญ่ทั้งผู้ผลิตอุปกรณ์ อุปกรณ์เกตเวย์ ผู้พัฒนาเสาสัญญาณ ผู้ให้บริการเครือข่าย และนักพัฒนาแอปพลิเคชัน

แอปพลิเคชันของ LoRaWAN

LoRaWAN สามารถนำไปใช้ในแอปพลิเคชันได้มากมายในอุตสาหรรมต่างๆ การติดตามสุขภาพผู้ป่วย ติดตามความปลอดภัยในโรงงานน้ำ ติดตามอุณหภูมิในอุตสาหกรรมอาหาร การติดตามความเย็นในการลำเลียงวัคซีน การติดตามยานพาหนะหรือกระเป๋าในสนามบิน หรือการติดตามสัตวอันตราย ไปจนถึงการมีดาวเทียมที่ให้บริการ LoRaWAN เพื่อความครอบคลุมในโลก

สถาปัตยกรรมการทำงานของ LoRaWAN

credit : https://www.thethingsnetwork.org/

การเข้าใจในภาพที่เกี่ยวข้องข้อง LoRaWAN ถึงองค์ประกอบเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการจำแนกความแตกต่างกับแนวคิดของเทคโนโลยีอื่นอย่าง NB-IoT ซึ่งเราจะเล่าอีกทีในบทความ ‘LoRaWAN vs NB-IoT’ อันที่จริงแล้วองค์ประกอบของเครือข่าย LoRaWAN มีเพียง 5 ส่วนคือ

1.) อุปกรณ์ปลายทาง – เซนเซอร์หรืออุปกรณ์แปลงสัญญาณที่สามารถมอดูเลตส่งสัญญาณ LoRa ไปยังเกตเวย์ที่อยู่ในระยะ โดยใช้โปรโตคอล ALOHA ซึ่งไม่จำเป็นต้องเจาะจงผูกกับเกตเวย์ตัวใดตัวหนึ่ง

2.) เกตเวย์ – ตัวรับสารที่ส่งมาจากอุปกรณ์ปลายทางและส่งต่อไปยังเซิร์ฟเวอร์ระดับเครือข่าย โดยมีทั้งประเภท indoor และ outdoor

3.) เซิร์ฟเวอร์เครือข่าย – ซอฟต์แวร์ที่รันในเซิร์ฟเวอร์ที่คอยจัดการเครือข่าย โดยหากได้รับข้อมูลซ้ๆจะเก็บแค่หนึ่งเดียวและทิ้งที่เหลือไป

4.) เซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชัน – ซอฟต์แวร์ที่รันในเซิร์ฟเวอร์ที่ประมวลผลข้อมูลแอปพลิเคชัน

5.) Join Server – ซอฟต์แวร์ในเซิร์ฟเวอร์คอยประมวลผลการร้องขอที่เข้ามาจากอุปกรณ์ปลายทาง (ไม่แสดงในผังด้านล่าง)

LoRaWAN Alliance

LoRaWAN Alliance เป็นกลุ่มความร่วมมือไม่แสวงหาผลกำไร ซึ่งเริ่มต้นในปี 2015 แน่นอนว่า Semtech เป็นตัวตั้งตัวตีของการเริ่มต้นหรือกล่าวคือเป็นแนวคิดแบบโอเพ่นซอร์สที่เราคุ้นเคยกันในแวดวงซอฟต์แวร์ เชิญชวนให้เกิดคอมมูนิตี้ช่วยกันพัฒนามาตรฐานและผลักดันการใช้งานในแง่มุมต่างๆ โดยปัจจุบันมีผู้เล่นรายใหญ่ทั้งในแง่ของผู้ผลิต ผู้ให้บริการเครือข่าย SI และอื่นๆ ไม่น้อยเข้าร่วมกว่า 500 รายทั่วโลก อาทิ Amazon, STMicroelectronics, Mikro Tik, Comcast, Helium, Cisco, Microsoft และอื่นๆ (ปี 2024 ที่ผ่านมาก Cisco ประกาศออกจากธุรกิจ LoRaWAN แล้ว)

นอกจากแง่มุมของการพัฒนาแล้ว LoRaWAN Alliance ยังมีหน้าที่ออกใบรับรองสำหรับผู้ผลิตอุปกรณ์ให้วงการเกิดมาตรฐานแก่ผู้บริโภคจะได้มั่นใจด้วย นอกจากนี้ในปี 2021 ที่ผ่านมา LoRaWAN ยังได้ผ่านมาตรฐาน LPWAN ของ International Telecommunication Union (ITU) อีกด้วย การมีผู้กำกับกลางจะช่วยให้ผู้ผลิตอุปกรณ์สามารถนำซอฟต์แวร์ไปพัฒนาต่อได้โดยง่ายลดต้นทุนที่ต้องสร้างซอฟต์แวร์ของตัวเองขึ้นมาและอาจทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์ไม่ได้

ที่มา :