มั่ว

LoRa WAN

LoRa
คำว่า LoRa ย่อมาจาก Long Range เมื่อเพิ่มคำว่า Wide Area Network เข้าไปก็จะเป็น Long Range Wide Area Network หรือ LoRaWAN

LoRaWAN เป็นมาตรฐานการสื่อสารสารแบบไร้สายแบบหนึ่ง (มาตรฐานการสื่อสารไร้สายมีหลายแบบ เช่น WiFI, Bluetooth, FM Radio, GSM, 3G, LTE, NB-IoT …) โดยการสื่อสารแบบ LoRaWAN สามารถที่จะทำให้อุปกรณ์ในระบบของ Internet of Things สามารถที่จะสื่อสารกันได้ด้วยระยะทางไกลและใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย (สามารถใช้แบตเตอรี่ได้)

  • คุณสมบัติพื้นฐานของ LoRaWAN
  • ใช้ได้ระยะทางไกล (> 5 km, > 10 km, > 80 km)
  • ประหยัดพลังงาน (แบตเตอรี่ อาจใช้ได้มากถึง 1 ปีหรือมากกว่า!!!)
  • ราคาไม่สูง (อุปกรณ์สื่อสาร หลักร้อยบาท)
  • อัตราการส่งข้อมูลต่ำ (< 50 kbps)
  • ใช้ย่านความถี่ ที่ไม่ต้องขออนุญาต
  • ส่งและรับข้อมูลได้ (Bidirectional)

จากคุณสมบัติจะเห็นได้ว่า LoRa มีข้อดีหลายข้อยกเว้นเรื่องอัตราการรับส่งข้อมูลที่มีความเร็วต่ำ (ขนาดข้อมูลเล็ก) ซึ่งก็เป็นข้อจำกัดในการออกแบบที่ต้องแลกกันกับเรื่องของ ระยะทาง, ความเร็ว, การใช้พลังงาน ซึ่งปัจจัยเหล่านี้มักจะสวนทางกัน เช่น ถ้าต้องการความเร็วสูงมากก็จะได้ระยะทางการส่งที่ไม่ไกล หรือถ้าต้องการรับส่งในระยะทางไกลด้วยความเร็วสูงมากก็จะต้องใช้พลังงานมาก แต่เนื่องจากอุปกรณ์ IoT ส่วนใหญ่นั้น มีการส่งข้อมูลที่น้อยในระยะเวลาสั้น ความต้องการความเร็วในการส่งข้อมูลปริมาณมากนั้นจึงไม่จำเป็นซึ่งก็จะทำให้ได้ข้อดีของการใช้พลังงานน้อย และเนื่องจาก LoRa นั้นสามารถใช้ความถี่ในย่านที่ไม่ต้องขออนุญาตจึงทำให้เราสามารถที่จะวางอุปกรณ์สื่อสาร LoRaWAN Gateway ได้เองเพื่อสร้างเครือข่ายใช้งานของตัวเองขึ้นมาในราคาหลักพันหรือหมื่นบาทเท่านั้น สำหรับกฎเกณฑ์ที่คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ ประกาศสำหรับความถี่ย่าน 920-925 MHz ที่จะสามารถใช้กับ LoRa ในประเทศไทยนั้น ในกรณีกำลังส่งของอุปกรณ์น้อยกว่า 50 mW ไม่ต้องมีใบอนุญาตให้ทำ มี ใช้ นำเข้า และนำออก แต่ต้องมีใบอนุญาตให้ค้า กรณีกำลังส่งน้อยกว่า 500 mW ไม่ต้องมีใบอนุญาต มี ใช้ และนำออก แต่ต้องมีใบอนุญาตให้ทำ นำเข้า และค้า ในกรณีที่ส่งด้วยกำลังสูงมากกว่า 500 mW (< 4W) ต้องขอรับใบอนุญาตจาก กสทช. ทุกกรณี

ด้วยคุณสมบัติของการส่งข้อมูลและการประหยัดพลังงาน ก็ทำให้มีการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เรียกว่า Internet of Things, Internet of Everythings, หรือ M2M (Machine to Machine) ซึ่งมักจะเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็ก ที่ทำงานด้วยแบตเตอรี่และมีการรับส่งข้อมูลไม่มากในระยะเวลาสั้น

ตัวอย่างการนำไปใช้งาน

ระบบวัด (Metering)

  • ส่งข้อมูลวันละ 1 ถึง 5 ครั้งต่อวัน เกี่ยวกับปริมาณการใช้ เช่น มิเตอร์น้ำ, มิเตอร์ไฟฟ้า

ระบบจอดรถ

  • ส่งข้อมูลเมื่อมีรถเข้าจอดหรือออกจากที่จอด
  • ไม่ต้องมีการเดินสายสัญญาณ เหมือนระบบเดิม

ถังขยะ

  • ส่งข้อมูลเมื่อขยะเต็มถัง
  • ประหยัดเวลาในการเลือกเก็บเฉพาะถังที่เต็ม

ระบบไฟส่องสว่าง

  • ควบคุมไฟถนนตามสภาวะแวดล้อมและแจ้งสถานะ

ระบบตรวจวัดสภาพแวดล้อม

  • เสียง, อุณหภูมิ, ฝุ่นละอง, ความชื้น

ระบบบริหารสินทรัพย์

  • ตรวจสอบสถานะและตำแหน่ง

ระบบเกี่ยวกับสุขภาพทางร่างกาย

  • การตรวจจับการล้ม, การขอความช่วยเหลือฉุกเฉิน, ข้อมูลทางการแพทย์

ระบบตรวจสอบ

  • สินค้า, รถยนต์, สัตว์

 

lora_architecture.jpg

สถาปัตยกรรมของระบบ

สำหรับการส่งข้อมูล เมื่อดูจากแผนภาพ ยกตัวอย่างเช่น ตัวตรวจจับ (sensor) มีการส่งข้อมูลไปยัง Application จะเป็นการส่งจากทางซ้ายไปทางขวาของภาพ เมื่อตัวตรวจจับ (sensor) ได้รับข้อมูลก็จะทำการเข้ารหัสและส่งผ่าน LoRa radio เมื่อ Gateway ได้รับข้อมูล ก็จะส่งต่อไปยังเครือข่ายอื่นเช่น 3G หรือ Ethernet หรือ WiFi เพื่อส่งไปยัง Network Server จากนั้น Network Server ก็จะส่งต่อข้อมูล (routes the message) ไปยัง Application ปลายทางตามที่กำหนด

สำหรับการส่งข้อมูลกลับ เช่น การสั่งเปิดไฟส่องสว่างก็จะกลับทิศทางกันคือเริ่มจากขวาไปซ้าย แต่บางครั้งเนื่องจากการออกแบบอุปกรณ์บางประเภทให้ใช้พลังงานน้อย อุปกรณ์เหล่านั้นก็อาจจะไม่สามารถที่จะรอรับคำสั่งได้ตลอดเวลา ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ (device classes) ที่จะเลือกหรือออกแบบขึ้นมาใช้งาน

Devices (End Nodes)
อุปกรณ์ LoRaWAN สามารถเป็นอะไรก็ได้ ที่รับหรือส่งข้อมูลได้ นิยามที่จำเพาะเจาะจงในเรื่องนี้อาจไม่มีแต่โดยทั่วไปเรามักยกตัวอย่างของ อุปกรณ์ตรวจวัด ตรวจจับ เช่น
อุปกรณ์วัดอุณหภูมิ, ระบุตำแหน่ง (GPS), Electric Plug ที่สามารถสั่งเปิดปิดได้, อุปกรณ์วัดพลังงานไฟฟ้า

kiwi-tec_LAS-201_04

ตัวอย่างเครื่องตรวจวัดฝุ่นละอองในอากาศ PM2.5 และอุณหภูมิ ความชื้นของ kiwi-tec

Device classes
A: สามารถรับข้อมูลได้เฉพาะเมื่ออุปกรณ์กำลังส่งข้อมูลเท่านั้น
B: เหมือนกับ A แต่ สามารถรอรับข้อมูลในช่วงระยะเวลาที่กำหนด
C: สามารถรับส่งข้อมูลได้ตลอดเวลา

สำหรับคำศัพท์ต่อไปนี้

  • Device addressing
  • LoRa radio

จะเกี่ยวข้องกับเรื่องทางเทคนิค แต่สามารถศึกษาเพิ่มเติมได้ถ้าสนใจที่ https://lora-alliance.org/about-lorawan ในเบื้องต้นสำหรับ LoRa radio นั้นจะมีการใช้ความถี่ดังนี้ ในยุโรป 868MHz และ 433 MHz อเมริกา 915 MHz ประเทศไทยใช้ 920-925 MHz

Gateway
Gateway หรือที่เรียกว่า MODEM หรือ access point เป็นอุปกรณ์ที่รับข้อมูลจากอุปกรณ์ปลายทาง (devices) ผ่านทางคลื่นวิทยุ ในรัศมีที่คลื่นวิทยุนั้นครอบคลุม

Network Server

หลังจากที่อุปกรณ์ได้ส่งข้อมูลและถูกรับโดย LoRa gateway ข้อมูลนั้นก็จะถูกส่งต่อไปยัง Network Server ซึ่งก็จะทำหน้าที่ดังต่อไปนี้

  • รวบรวมข้อมูลที่มาจากทุก LoRaWAN gateways ในเครือข่าย
  • ส่งต่อข้อมูลดังกล่าวไปยัง application ที่กำหนดไว้
  • ควบคุมอุปกรณ์ gateways
  • เลือก gateway ที่เหมาะสมในการส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ ในกรณีที่มีหลาย gateway ในพื้นที่ ที่อุปกรณ์นั้นปรากฏอยู่
  • พักข้อมูลไว้จนกว่าอุปกรณ์แบบ A หรือ B พร้อมที่จะรับข้อมูลแล้วจึงส่งให้
  • ขจัดข้อมูลที่ซ้ำซ้อน เช่น กรณีที่ gateway หลายตัวรับข้อมูลมาจากอุปกรณ์เดียวกัน

Application
คือการใช้งานของผู้ใช้ซึ่งจะเป็นส่วนของการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับมาหรือการสั่งการอย่างใดอย่างหนึ่ง

Security
สำหรับเรื่องนี้สามารถหาอ่านเพิ่มเติมได้ถ้าสนใจ https://lora-alliance.org/about-lorawan

เปรียบเทียบระหว่าง LoRa และ NB-IoT
เป็นเทคโนโลยีไร้สาย ที่ใช้พลังงานต่ำทั้งคู่ โดย LoRa ถูกพัฒนาขึ้นมาก่อน ในขณะที่ Narrow Band IoT ถูกพัฒนามาจากกลุ่มผู้จัดทำมาตรฐานของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ โดย NB-IoT ไม่จำเป็นต้องมี Gateway แบบ LoRa โดย NB-IoT สามารถใช้สถานีฐานของโทรศัพท์ได้เลยในความถี่เดียวกับความถี่โทรศัพท์

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Sigfox, LoRa, และ NB-IoT

sigfox_lora_nb-iot

Table from : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405959517302953

ตัวอย่างการใช้งาน NB-IoT และ LoRa ในประเทศ

  • AIS http://business.ais.co.th/iot/index.html มีกรณีศึกษาในความร่วมมือในการทดสอบการใช้งาน NB-IoT กับธุรกิจอสังหาริมทรัพย์และพลังงาน
  • True http://trueiot.truecorp.co.th/ มีเนื้อหาสำหรับ ผู้พัฒนา ผู้ใช้งานทั่วไป ผู้ใช้งานกับธุรกิจ แต่ยังเป็นสินค้าและผลิตภัณฑ์ทั่วไป (ยังไม่ถึงกับ IoT หรือเทคโนโลยีที่ใช้ NB-IoT)
  • DTAC ยังไม่มีข้อมูลความเคลื่อนไหวเกี่ยวกับเรื่องนี้
  • CAT LoRa IoT https://loraiot.cattelecom.com มีข้อมูลว่าจะเปิดให้บริการ เบื้องต้น 18 จังหวัดและขายชุดทดสอบสำหรับนักพัฒนา

 

Advertisements

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.