LoRa の長所と短所、そしてネットワーク アーキテクチャ

LoRaはLPWAN通信技術の1つです。米国のSemtech社が採用・推進するスペクトル拡散技術をベースにした超長距離無線伝送ソリューションです。

多くの従来の無線システムでは、低消費電力を実現する非常に効率的な変調方式である周波数シフトキーイング (FSK) 変調を物理層として使用しています。

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LoRa は線形周波数拡散スペクトル変調に基づいており、FSK 変調と同じ低消費電力特性を維持しながら、通信距離を大幅に増加します。

LoRa テクノロジー自体は、非常に高い受信感度と非常に強力な信号対雑音比を備えています。 LoRa は、デジタル拡散スペクトル、デジタル信号処理、および前方誤り訂正符号化技術を組み合わせたものです。さらに、周波数ホッピング技術も使用しており、疑似ランダムコードシーケンスを介して周波数シフトキーイングを実行し、搬送周波数を連続的にジャンプさせてスペクトルを拡張し、固定周波数の干渉を防止します。

LoRaはこれまでにないパフォーマンスを誇り、その利用範囲も広がります。

LoRaの利点と欠点

アドバンテージ：

• LoRa ネットワークは、伝送距離が長く、消費電力が低く、ネットワーク ノードが複数あり、干渉に対する耐性が強く、コストが低いという特徴があります。
• 長い伝送距離：感度-148dBm、通信距離は数キロメートルに達することができます
• 低消費電力：アロハ方式はデータがあるときだけ接続し、バッテリーは数年間動作します。
• 複数のネットワークノード: 柔軟なネットワークモード、複数のノードを接続可能
• 強力な干渉防止能力：プロトコルは、自動周波数ホッピングとレート適応機能を備えたアロハ方式に基づくLBT機能を備えています。
• 低コスト: ライセンス不要のスペクトル、低いノード/端末コスト

欠点:

LoRa ネットワークには多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。

• スペクトル干渉: LoRa の継続的な開発により、LoRa デバイスとネットワーク展開の数が増加し続け、それらの間に一定のスペクトル干渉が発生します。
• 新しいネットワークを構築する必要性: LoRa の展開中、ユーザーは自分でネットワークを構築する必要があります。
• ペイロードが小さい: LoRa 送信データのペイロードは比較的小さく、バイト制限があります。

LoRa ネットワーク アーキテクチャ

LoRa ネットワークは、主に端末 (LoRa モジュールを内蔵可能)、ゲートウェイ (または基地局)、ネットワーク サーバー、アプリケーション サーバーで構成されます。アプリケーションデータは双方向に送信できます。

LoRaWAN ネットワーク アーキテクチャは、典型的なスター トポロジです。このネットワーク アーキテクチャでは、LoRa ゲートウェイは、端末デバイスとバックエンドの中央サーバーを接続する透過的な伝送リレーです。端末デバイスは、単一のホップを使用して 1 つ以上のゲートウェイと通信します。すべてのノードとゲートウェイの間には双方向通信が行われます。

LoRa端末デバイス

LoRa の端末ノードには、水道メーター、ガスメーター、煙探知機、ペットトラッカーなど、さまざまなデバイスがあります。これらのノードは、最初に LoRa 無線通信を介して LoRa ゲートウェイに接続され、次に 4G ネットワークまたはイーサネット ネットワークを介してネットワーク サーバーに接続されます。 LoRa ゲートウェイは、TCP/IP プロトコルを介してネットワーク サーバーと通信します。

LoRa ネットワークは端末デバイスを A/B/C の 3 つのカテゴリに分類します。

（１）クラスＡ：双方向通信端末機器。このタイプの端末デバイスは双方向通信を可能にし、各端末デバイスのアップリンク送信には 2 つのダウンリンク受信ウィンドウが伴います。端末デバイスの送信タイムスロットは、端末デバイスの通信ニーズに基づいており、その微調整は ALOHA プロトコルに基づいています。

クラス A デバイスは消費電力が最も低く、端末のアップリンク通信の後にのみ基地局のダウンリンク通信を実行できます。

（２）クラスB：受信タイムスロットが予め設定された双方向通信端末機器。このタイプの端末デバイスは、事前に設定された時間に追加の受信ウィンドウを開きます。この目標を達成するために、端末デバイスはゲートウェイからビーコンを同期的に受信し、ビーコンを介してベースステーションとモジュールの時間を同期します。

クラス B 端末は、端末がデータを受信して​​いることを基地局に知らせることができます。

（３）クラスＣ：最大受信ウィンドウを有する双方向通信端末機器。このタイプの端末デバイスは受信ウィンドウを開いたままにして、送信時のみ閉じます。

クラス C デバイスは受信ウィンドウが最も長く、最も多くの電力を消費します。