Khám phá mạng LoRaWAN: Cách hoạt động và ứng dụng của mạng này trong đời sống

Trong bối cảnh Internet of Things (IoT) ngày càng phát triển, mạng LoRaWAN đã nổi lên như một giải pháp hiệu quả. Mời bạn hãy cùng FPT Shop khám phá về mạng LoRaWAN và cơ chế hoạt động của nó trong bài viết dưới đây!

Tổng quan về mạng LoRaWAN

LoRaWAN, hay còn gọi là Long Range Wireless Area Network, là một mạng giao tiếp chuyên dụng giữa các thiết bị IoT tiêu thụ ít năng lượng, được phát triển bởi Liên minh LoRa. Giao thức LPWAN (Low Power Wide Area Network) bao gồm nhiều phương tiện như LTE-M, NB-IoT, SigFox và nhiều giao thức khác, nhưng LoRaWAN nổi bật với khả năng truyền dẫn xa (tối đa 10km), tiêu thụ năng lượng thấp (20dBm) và tốc độ truyền dữ liệu tối đa 10Mb/giây.

Cơ chế hoạt động của mạng LoRaWAN

Mạng LoRaWAN hoạt động dựa trên nguyên tắc của hai thành phần chính: Thiết bị cảm biến (end devices) và Cổng (Gateway). Thiết bị cảm biến, thường là các thiết bị IoT, thu thập dữ liệu và truyền nó đến Cổng thông qua sóng radio LoRa.

Cổng đóng vai trò như trạm cầu, thu nhận dữ liệu từ các thiết bị cảm biến và chuyển nó đến một máy chủ trung tâm, nơi dữ liệu được xử lý và quản lý. Mạng LoRaWAN sử dụng giao thức đa lớp, với các thiết bị cảm biến truyền dữ liệu thông qua nhiều tầng, từ lớp vận chuyển đến lớp ứng dụng.

Với khả năng truyền dẫn xa, tiêu thụ năng lượng thấp và khả năng tương thích với hàng loạt ứng dụng IoT, mạng LoRaWAN đang ngày càng trở thành sự lựa chọn phổ biến trong việc kết nối các thiết bị thông minh trên khắp thế giới.

Các thành phần quan trọng của mạng LoRaWAN

Thiết bị cuối (End Devices)

• Là các cảm biến hoặc thiết bị truyền động không dây kết nối với mạng LoRaWAN qua các Gateway.
• Ứng dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố, khóa cửa, giám sát van nước, ngăn chặn rò rỉ nước và nhiều ứng dụng khác.

Gateway LoRaWAN

• Là đầu nối mạng chuyển đổi giao thức truyền thông LoRa thành TCP/IP, giúp truyền dữ liệu của thiết bị LoRaWAN vào mạng.
• Giảm khả năng lỗi gói dữ liệu và giảm tiêu tốn năng lượng pin, đặc biệt hữu ích cho các cảm biến di động với tính năng xác định vị trí.

Máy chủ mạng (Network Server)

• Quản lý toàn bộ hệ thống mạng, điều chỉnh hệ thống và thiết lập kết nối an toàn với AES 128-bit để truyền và kiểm soát dữ liệu.
• Đảm bảo tính xác thực của tất cả các thiết bị trên mạng và tính toàn vẹn của thông điệp truyền tải.

Máy chủ ứng dụng (Application Servers)

• Xử lý, quản lý và giải mã dữ liệu từ các cảm biến một cách an toàn.
• Tạo ra các downlink payloads để gửi tới thiết bị cuối.

Máy chủ tham gia (Join Server)

• Quản lý quá trình kích hoạt cho các thiết bị cuối mới tham gia vào mạng.
• Chứa thông tin để xử lý yêu cầu tham gia, thông báo cho máy chủ mạng và máy chủ ứng dụng nào sẽ kết nối với thiết bị cuối để thực hiện quá trình mã hóa.

Mỗi thành phần đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự liên thông hiệu quả và an toàn của mạng LoRaWAN, làm cho nó trở thành một giải pháp IoT mạnh mẽ và linh hoạt.

Cách thức hoạt động của LoRaWAN

LoRaWAN hoạt động trong phạm vi tần số không được cấp phép dưới 1GHz, một đặc điểm cơ bản giúp nó phát triển tốt trong các ứng dụng IoT. Ngược lại, WiFi hoạt động ở tần số cao hơn là 2.4GHz và 5GHz, trong khi 4G hoạt động ở khoảng từ 2 đến 8GHz.

Cấu trúc liên kết cơ bản của LoRaWAN được xây dựng theo tiêu chuẩn của LoRa Alliance. Cấu trúc này bao gồm một máy chủ mạng LoRaWAN trung tâm được kết nối với các cổng LoRa trung gian.

Ứng dụng của LoRaWAN

Ưu điểm

• Các cảm biến có thể hoạt động ở công suất thấp, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng thời gian sử dụng pin.
• Phủ sóng rộng trên không gian lớn, phù hợp cho các ứng dụng IoT yêu cầu sự kết nối đa dạng.
• Sử dụng công nghệ không cần chi phí trả trước, giảm gánh nặng tài chính cho người triển khai.
• Thiết bị được cung cấp lượng pin lâu dài do sử dụng nguồn cấp điện thấp.
• Các cổng Gateway có khả năng kết nối hàng nghìn thiết bị cuối hoặc các nút trên mạng.
• Dung lượng đường truyền lên đến 100 byte, cao hơn so với SigFox (12 byte), cung cấp khả năng truyền dữ liệu lớn hơn.
• Chi phí kết nối thấp, giúp giảm chi phí triển khai.

Nhược điểm

• Không thể truyền dữ liệu lớn, có giới hạn trong 100 byte dữ liệu.
• Không phù hợp cho các ứng dụng thời gian thực yêu cầu độ trễ thấp và độ ổn định cao.

Mật độ ngày càng cao của các LoRaWAN làm cho công nghệ LPWAN khó tồn tại cùng nhau, có thể gây ra các vấn đề về quản lý tần số và tương tác.

Làm thế nào để kết nối mạng LoRaWAN

Đối với người dùng cá nhân, việc kết nối với mạng LoRaWAN là một quá trình đơn giản và có sẵn miễn phí. Để thực hiện kết nối, bạn chỉ cần sử dụng một mạng cục bộ với bảo mật 128-AES.

Mạng LoRaWAN đã mở rộng đến hơn 100 quốc gia và được hơn 100 nhà khai thác hàng đầu trên thế giới sử dụng, chủ yếu nhờ vào chi phí thấp. Dưới đây là một số nền tảng LoRaWAN mà bạn có thể đăng ký:

• Things Network là hệ sinh thái LoRaWAN lớn nhất hiện nay, cung cấp nền tảng cho nhiều ứng dụng như bãi đậu xe thông minh, theo dõi gia súc, hay hệ thống tưới tiêu thông minh.
• AWS cung cấp một hệ sinh thái IoT toàn diện thuộc sở hữu của Amazon, giúp kết nối và quản lý các thiết bị trên mạng LoRaWAN.

• Đối với việc kết nối với Google Cloud IoT, LoRa Server là một lựa chọn tốt, cung cấp các giải pháp hiệu quả và linh hoạt.
• Link Labs cung cấp giải pháp phần cứng chất lượng cao cho mạng LoRaWAN, giúp đơn giản hóa quá trình triển khai và quản lý.

Kết nối với mạng LoRaWAN giúp người dùng trải nghiệm ngay lập tức sự linh hoạt và tiện ích của công nghệ IoT thông qua cơ sở hạ tầng mạng mở và rộng lớn.

Ứng dụng của LoRaWAN với đời sống

LoRaWAN hiện đang có những ứng dụng rộng rãi và tích cực trong nhiều lĩnh vực, mang lại những cải tiến đáng kể cho đời sống hàng ngày của chúng ta. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của LoRaWAN:

• LoRaWAN được sử dụng để quản lý và điều khiển hệ thống chiếu sáng thông minh, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tăng cường hiệu suất chiếu sáng.
• Các cảm biến LoRaWAN được triển khai để đo lường chất lượng không khí và mức độ ô nhiễm, giúp theo dõi và quản lý môi trường sống.
• LoRaWAN được tích hợp trong các hệ thống quản lý phương tiện và bãi đậu xe thông minh, giúp tối ưu hóa việc quản lý không gian đậu xe và giảm ùn tắc giao thông.

• Các thiết bị LoRaWAN được sử dụng để phát hiện bức xạ và rò rỉ, bảo vệ người dùng khỏi các yếu tố độc hại.
• Hệ thống an ninh gia đình sử dụng công nghệ LoRaWAN để cung cấp giải pháp giám sát và báo động hiệu quả.
• LoRaWAN được tích hợp trong các thiết bị y tế để theo dõi và báo cáo dữ liệu sức khỏe từ xa.
• Trong lĩnh vực nông nghiệp, LoRaWAN hỗ trợ quản lý chăn nuôi và trồng trọt thông minh, tăng cường năng suất và hiệu quả.
• LoRaWAN giúp theo dõi mực nước và kiểm soát hệ thống tưới tiêu tự động, giảm lãng phí và tối ưu hóa sử dụng nước.

Những ứng dụng này minh họa rõ sức mạnh và sự đa dạng của LoRaWAN trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống và hiệu suất trong nhiều lĩnh vực quan trọng.

Tạm kết

Hy vọng rằng qua những thông tin trên, bạn đã có cái nhìn rõ hơn về mạng LoRaWAN và cách hoạt động của nó. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc câu hỏi nào, đừng ngần ngại bình luận dưới bài viết. Chúng tôi sẽ rất vui lòng giải đáp và hỗ trợ bạn!

Xem thêm:

• Mã hóa đầu cuối là gì? Cập nhật cách thức mã hóa trực tiếp, đơn giản và hiệu quả
• Topology là gì? Những kiểu Topology phổ biến nhất hiện nay của mạng LAN

Trải nghiệm kết nối nhanh chóng với các thiết bị phát WiFi mạnh mẽ đang bán tại FPT Shop, ngôi nhà của bạn sẽ được phủ sóng WiFi đến mọi ngóc ngách, bạn hoàn toàn có thể yên tâm sử dụng các thiết bị di động mà không lo tình trạng ngắt sóng bất ngờ.

Xem ngay các thiết bị router WiFi tại đây:

• Router.