LoRaWAN şəbəkəsində “Ulduz Topologiyası” istifadə olunur, burada mesajın ötürülməsi üçün mərkəzi vəzifəni yerinə yetirən bir cihaz var və digər qurğular bu mərkəzi cihazın altındadır. Son qurğular, yəni sensorlar və şlüz arasında əlaqə iki istiqamətlidir. Məlumatların son cihazdan şlüzə göndərilməsinə “yuxarı keçid”(uplink), şlüzdən son cihaza məlumatların göndərilməsinə “aşağı keçid”(downlink) deyilir.
Ulduz topologiyasına görə sensorlar bir-biri ilə birbaşa əlaqə saxlaya bilmir, şlüz üzərindən məlumat mübadiləsi aparırlar. Sensorlar arasında birbaşa məlumat ötürülməsi üçün sensorların bir hissəsi olan quraşdırılmış mikroprosessorlar RadioHead radio paketi kitabxanasından istifadə etməlidirlər. Bu, məlumatların birbaşa ötürülməsi üçün obyekt yönümlü kitabxanadır.
Şlüzlər standart IP bağlantısı ilə, yəni TCP/IP protokolundan istifadə etməklə şəbəkə serverinə qoşulur. O, IP paketi və RF paketləri arasında konvertasiya edərək son cihazlar və sensorlar arasında tərcüməçi, körpü rolunu oynayır. Məhz, sensorlardan şlüzə gələn məlumatlar RF paketi şəklindədir, lakin şəbəkə serverinə göndərilən məlumatlar IP paket kimi göndərilməlidir. Şlüz bu iki paket növü arasında çevrilmə üçün cavabdehdir. Aşağıdakı quruluşu araşdırsanız, hər şey aydınlaşacaq.
LoRa-nın, LoRa uc (son) cihazlarından və LoRaWAN-dan ibarət olduğunu qeyd etdik. Aşağıdakı şəkilə baxdıqda bunun xülasəsini görürük. RF Layer, istifadə ediləcək radiotezlik diapazonunun müəyyən edildiyi təbəqədir. Fiziki Layerdə LoRa son cihazları var. LoRa protokolunda LoRa son cihazları ilə fiziki təbəqədə Gateway arasında yalnız bir “hop” bağlantısına, yəni hop addımına icazə verilir.
LoRaWAN hissəsi şəbəkədəki cihazların sinif məlumatlarını və tətbiq səviyyəsini ehtiva edir.
A sinfi (Tətikləmə ilə dinləmə, Aşağı Batareya Sərfiyyatı)
Bütün LoRa cihazları A sinifinə uyğundur. A sinifli cihazlarda batareya sərfiyyatını minimum səviyyədə saxlamaqla böyük miqdarda enerjiyə qənaət etmək vacibdir. Son qurğular (sensorlar) davamlı olaraq şlüzə mesaj göndərə bilər. Yəni uplink (son cihaz -> gateway) davamlı olaraq edilə bilər, lakin cihazlar şəbəkəni dinləmək baxımından həmişə yuxu rejimindədir. Gücdə böyük üstünlük bu vəziyyətdən irəli gəlir. Çünki son cihazlar şəbəkəni dinləmək üçün batareya sərf etmir. Bu səbəbdən mesajın şlüzdən son cihaza ötürülməsi həmişə mümkün olmur. Aşağı keçid (downlink ) (şluz -> son cihaz) yalnız yuxarı keçiddən (uplink) sonra həyata keçirilə bilər. Şlüz məlumatları son cihazdan serverə (serverə) yönləndirir. Digər tərəfdən, serverdən ACK mesajı + tələb olunan cavab qaytarılır və məlumatların qəbul edildiyini göstərir, şlüz onu LoRa paketi kimi son cihaza təqdim edir. Beləliklə, uplink əməliyyatından dərhal sonra downlink həyata keçirilir.
LoRa rabitə texnologiyasının digər simsiz rabitə texnologiyaları ilə müqayisədə ən böyük üstünlüyü onun aşağı qiymətlə böyük məsafələrə çıxışı təmin etməsidir. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, WiFi ilə daxil ola biləcəyimiz sahə çox məhduddur və bununla da enerji istehlakı yüksəkdir. Mobil rabitə məsafə məhdudiyyətlərinə tabe olmasa da, yüksək enerji sərfiyyatına, operator şirkətlərin giriş infrastrukturundan və xidmət haqlarından asılılığa səbəb olur. Digər tərəfdən, LoRa rabitə texnologiyasının təklif etdiyi giriş imkanı, qapalı sahədə 2-3 kilometrə qədər və açıq sahədə 15 kilometrə qədər,son nöqtədə birləşdiriləcək cihaza görə, bir və ya iki AA batareya ilə 10 ilə qədər rəvan işləyə bilər.
A sinfi qurğuları, xüsusilə, davamlı məlumat ötürülməsinin olmadığı və tətikləyici hərəkətdən sonra dərhal cavab tələb olunduğu tətbiqlərdə istifadə olunur.
Xülasə, A sinfi cihazları davamlı olaraq mesajlar, məlumatlar (uplink) göndərə bilər, lakin onlar yalnız uplink həyata keçirdikdən sonra mesaj, məlumat (downlink) qəbul edə bilərlər.
B sinfi (Dövri Dinləmə, Balanslaşdırılmış Batareya Sərfiyyatı)
Planlaşdırılmış məlumat rabitəsi B sinfi cihazlarında baş verir. B sinfinə aid cihazın məlumatları qəbul etməsi üçün o, şlüzdən vaxtaşırı, yəni müəyyən zaman dövrlərində onların sinxronlaşdırıldığını göstərən işarə siqnalı (beacon) almalıdır. Son cihaz və şlüz sinxronizasiya olunmadıqda, məlumatın son cihaza ötürülməsi, yəni aşağı əlaqə(downlink) həyata keçirilə bilməz. Eyni şəkildə, yuxarı keçid (uplink) yalnız bu xüsusi vaxt intervallarında həyata keçirilə bilər.
Xülasə, B sinif cihazları yalnız müəyyən edilmiş vaxt intervallarında mesaj göndərə və qəbul edə bilər.
C sinfi (Daimi Zamanlı Dinləmə, Yüksək Batareya Sərfiyyatı)
Bu sinifdə olan cihazlar daim dinləyir, ona görə də downlink istənilən vaxt həyata keçirilə bilər. Başqa sözlə desək, mesaj qəbulu vaxtaşırı deyil, davamlı olaraq baş verir. Beləliklə, məlumat ötürülməsi gecikmədən real vaxt rejimində həyata keçirilə bilər. Bu arzuolunandır, lakin davamlı dinləmə səbəbindən yüksək batareya istehlakı olduğu üçün yalnız real vaxt rejimində məlumat ötürülməsinin kritik olduğu tətbiqlərdə istifadə olunur.
Xülasə, C sinif cihazları davamlı olaraq mesaj göndərə və qəbul edə bilər.
LoRa və LoRaWAN Təhlükəsizliyi
IoT-də ən vacib məsələlərdən biri, şübhəsiz ki, “təhlükəsizlik” anlayışıdır. Evimizdə qorunmayan şəbəkədə obyektlərin olması qapısı olmayan evdə yaşamaqdan çox da fərqlənmir. Çünki hər iki halda bütün əcnəbiləri və pis hadisələri dəvət edən yüksək səviyyəli zəifliklər var. Bu səbəbdən təhlükəsizlik üçün “Əşyaların İnterneti” strukturuna əhəmiyyətli işlər daxil edilir.
LoRa-da məlumatların təhlükəsizliyi üçün 2 ayrı şifrələmə istifadə olunur.
Biri şəbəkə təhlükəsizliyi, digəri isə tətbiq səviyyəsinin təhlükəsizliyi üçündür. Son cihaz və şəbəkə serveri arasında məlumatların təhlükəsiz əlaqəsi üçün unikal 128 bitlik şəbəkə sessiyası açarı istifadə olunur. Tətbiq səviyyəsində, sondan-sona əlaqə üçün unikal 128-bit proqram sessiyası açarı istifadə olunur. Bu 128 bitlik açarlar AES alqoritmlərindən istifadə etməklə yaradılır.
LoRa rabitə texnologiyasının aşağı məlumat ötürmə sürəti də onu hər hansı bir tətbiqdə istifadə etməzdən əvvəl nəzərə alınmalıdır. Qlobal miqyasda müxtəlif tezlik diapazonlarından istifadə edən LoRaWAN, Avropa üçün on tezlik kanalı müəyyən etmişdir. Bu on tezlik kanalından səkkizi 250 bps ilə 5,5 kbps arasında ötürə bilən çoxsaylı məlumat ötürmə sürətinə malik kanallardır. Bu səkkiz kanaldan başqa məlumat ötürmə sürəti 11 kbps və ötürmə sürəti 50 kbps olan FSK kanalı adlı başqa bir kanal var.
Bu yaxınlarda LoRa Gateway cihazına qoşulan minlərlə LoRa Node cihazının məlumatı fasiləsiz ötürə bilməsi ilə bağlı yayılan məlumat çox məhdud məlumatdır. Duty-Cycle LoRa şəbəkəsi üzərindən minlərlə cihazın eyni vaxtda məlumat ötürülməsində problem yarada bilən amillərdən biridir. Hər bir LoRa Node cihazı üçün məlumat ötürülməsi zamanı kanalı tutduğu üçün müəyyən edilmiş maksimum İş Dövrü (Duty-Cycle) dəyəri var.
Fasiləsiz əlaqəni təmin etmək üçün Duty-Cycle dəyəri nəzərə alınmalı ən vacib amillərdən biridir. 868 MHz tezlik diapazonundan istifadə edən Avropa regionunda hər bir LoRa Node üçün iş dövrü 1%, yəni saatda 36 saniyədir. Bu 36 saniyə hər bir LoRa Node cihazının bir saat ərzində tezlik kanalını tuta biləcəyi maksimum vaxtdır. LoRa Gateway-ə qoşulan LoRa Nodlarının sayı artdıqca, ötürülən paketlərin miqdarı münaqişələr səbəbindən azalır.
Mənbə:
1- Lora Alliance, “Resource Hub”. https://lora-alliance.org/resource-hub
2- Adelanto, F. et al. (2017) “Understanding the Limits of LoRaWAN”, IEEE Communications Magazine
3- GSL …www.gsl.com.tr ›LoRa: Kablosuz Haberleşmenin Yükselen Yıldızı : https://www.gsl.com.tr/lora-kablosuz-haberlesmenin-yukselen-yildizi.html
4- Burcu S – Medium : https://medium.com/@burcus/lora-ve-lorawan-nedir-b7a5a1428197
