LoRaWAN och IoT -allt du behöver veta!
LoRa-tekniken har blivit avgörande inom IoT tack vare sin förmåga att stödja stora nätverk för sensorer och IoT-enheter utan behov av licensierade frekvenser. Dess användning på frekvensband under 1 GHz gör det möjligt för signaler att spridas över långa avstånd med minimal energi, vilket gör det särskilt attraktivt för lösningar som kräver långvarig drift utan frekvent batteribyte.
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.
För att klargöra: LoRa står för själva radiotekniken och modulationen, medan LoRaWAN är det nätverksprotokoll som skapar strukturen för dataöverföringen mellan enheter.
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.
Det är viktigt att tänka på att ett LoRa-baserat nätverk kan påverkas av andra användare, vilket innebär att nätet kan vara mindre pålitligt jämfört med licensierade lösningar som NB-IoT. För IoT-applikationer där data måste nå fram med säkerhet kan därför LoRa vara ett komplement snarare än en primär lösning.
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 är med andra ord idealiskt för lågbandbreddsapplikationer där datamängderna är små, men uppdateringsintervallen kan vara täta, vilket passar bra för IoT-sensorer och övervakningslösningar.
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 skapar en sammanhängande och lättanvänd plattform för företag och organisationer som vill bygga IoT-nätverk med många sensorer över stora geografiska områden. Till skillnad från klassiska mobilnätverk är LoRaWAN dock inte idealiskt för snabb kommunikation eller stora datavolymer.
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.
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.
LoRaWANs flexibilitet möjliggör för både små och stora aktörer att sätta upp egna nätverk utan höga kostnader, vilket skapar en bredd av möjliga användningsområden, från kommunala infrastrukturer till privata och industriella tillämpningar.
LoRaWAN gateways
LoRaWAN 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.
LoRaWAN sensorer
LoRaWAN-sensorer är utformade för att effektivt samla in och överföra data över långa avstånd med minimal energiförbrukning. Sensorerna kan mäta en rad olika parametrar, såsom temperatur, luftfuktighet, rörelse, ljusnivå, vattenläckage och mycket mer, vilket gör dem mångsidiga för många olika applikationer. Dessa sensorer drivs oftast av batteri och är byggda för att hålla under lång tid utan underhåll, ibland upp till flera år beroende på användningsfrekvens och energisparfunktioner. Sensorerna skickar data till en närliggande gateway som agerar som länk till nätverket och vidare till en server, där informationen lagras och analyseras.
LoRaWAN-sensorer är särskilt användbara i miljöer där kablage inte är möjligt eller önskvärt, till exempel i jordbruk för att övervaka markförhållanden, i städer för att övervaka luftkvalitet eller i byggnader för att upptäcka vattenläckor och optimera energianvändning. Tack vare LoRaWANs långa räckvidd och låga energibehov kan dessa sensorer placeras på platser som annars hade varit svåra eller dyra att övervaka, och möjliggör därmed bred och kostnadseffektiv datainsamling för IoT-applikationer.
Några av våra LoRaWAN-sensorer
-
Advantech EVA-2210
EVA-2210 är en trådlös LoRaWAN 3-fas strömmätare utrustad med tre 75A transformatorklämmor. Den erbjuder noggrann övervakning för applikationer som pumpar, fläktmotorer och servrar. Med en batteritid på upp till...2 233,00kr Ex.moms -
Advantech EVA-2510
EVA-2510 är en trådlös vattenläckagesensor med LoRaWAN-anslutning, som upptäcker vattenläckage med hög precision. Sensorn har en batteritid på upp till 5 år vid 25°C och ett 15-minuters mätintervall....1 164,00kr Ex.moms -
Wzzard LoRaWan Sensornod
Wzzard LoRaWAN är en plattform för att koppla upp standardsensorer och applikationer trådlöst- Wzzard LoRa är sensornoder som kommunicerar trådlöst med en LoRaWAN-gateway via 868 MHz. Du kan använda...4 799,00kr Ex.moms
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. Att säkerställa att enheterna i nätet är skyddade och placerade på platser som inte är direkt åtkomliga är därför en viktig del av säkerhetsstrategin för LoRaWAN.
Nackdelar långsiktigt
Proprietära 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.
LoRa och LoRaWAN är därför bäst lämpade för lösningar där extrem skalbarhet och säkerhetsgarantier inte är avgörande. Framtiden kommer dock med fler LPWAN-lösningar som NB-IoT och 5G-tekniker, vilket kan ge LoRa stark konkurrens i vissa tillämpningar.
Mobiloperatörerna har redan byggt nät med exempelvis LTE-M och NB-IoT-teknik, dessa är en intressant motpol till LoRaWAN där operatörerna har både kunnande och kapital för att kunna bygga stora sensornät.
Lär dig mer om IoT
För oss är IoT ett brett begrepp. Vi definierar IoT som en samling disruptiva tekniker som möjliggör digitalisering. Genom IoT kan företag få datadrivna insikter som kan hjälpa dem fatta bättre beslut. Med IoT kan vi snabbare nå klimat och jämställdhetsmål. För att snabbare lyckas med en IoT-satsning så är det viktigt med kunskap. Vi har därför satt ihop en 100-sidors publikation om IoT. Du kan ladda ned den genom att ange mailadress och namn nedan, du får därefter ut ett mail med information om hur du laddar ned guiden.