پروتکل لورا LoRa چیست و چه کاربردی دارد

لورا (LoRa) مخفف (Long Range) یک تکنیک انحصاری شبکه گسترده کم توان (low-power wide-area network) یا به اختصار(LPWAN)  است این روش بر اساس تکنیک‌های تعدیل طیف گسترش برگرفته شده از فناوری chirp spread spectrum  یا به اختصار (CSS) صورت گرفته است.

این تکنیک توسط Cycleo از گرنوبل فرانسه توسعه داده شد و توسط شرکت Semtech، عضو بنیانگذار اتحادیه LoRa خریداری و ثبت اختراع شد. دستگاه های لورا و فناوری فرکانس رادیویی بی سیم Semtech یک پلتفرم بی سیم برد بلند و کم مصرف است که به فناوری واقعی شبکه های اینترنت اشیا (IoT) در سراسر جهان تبدیل شده است.

لورا از باندهای فرکانس رادیویی زیر گیگاهرتز بدون نیاز به مجوز (license-free sub-gigahertz) مانند 433 مگاهرتز، 868 مگاهرتز (اروپا)، 915 مگاهرتز (استرالیا و آمریکای شمالی)، 865 مگاهرتز تا 867 مگاهرتز (هند) و 923 مگاهرتز (آسیا) و در ایران 433 مگاهرتز استفاده می‌کند.

لورا انتقال دوربرد با مصرف برق کم را امکان پذیر می‌کند. این فناوری لایه فیزیکی را پوشش می‌دهد، در حالی که سایر فناوری‌ها و پروتکل‌ها مانند LoRaWAN (شبکه منطقه‌ای با دامنه گسترده) لایه های بالایی را پوشش می‌دهند. و با توجه به فاکتور گسترش می‌تواند به نرخ داده‌ی بین 0.3 کیلوبیت بر ثانیه تا 27 کیلوبیت بر ثانیه دست یابد. دستگاه های لورا دارای قابلیت موقعیت مکانی هستند که برای موقعیت‌های سه گانه دستگاه ها استفاده می‌شود.

امنیت انتقال داده‌ها در IoT با استفاده از پروتکل لورا یکی از ویژگی‌های مهم این فناوری است. پروتکل lora از دو لایه امنیتی استفاده می‌کند: یکی برای شبکه و دیگری برای برنامه. لایه شبکه مسئولیت رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین دستگاه‌های انتهایی و سرور شبکه را دارد. این کلید در هنگام پیوستن دستگاه به شبکه توسط سرور ارسال می‌شود.

لایه برنامه نیز مسئول رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها بر اساس یک کلید مشترک بین نودها و نرم‌افزار است. این کلید در هنگام تولید دستگاه توسط سازنده آن تعیین می‌شود. هر دو لایه مذکور از الگوریتم AES-128 برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کنند که یکی از معروف‌ترین و قوی‌ترین الگوریتم‌های رمزگذاری سمتریک است و در بسیاری از سیستم‌های امنیتی کاربرد دارد.

نحوه عملکرد پروتکل Lora

به‌طور خلاصه، در پروتکل لورا، نودها اطلاعات را از طریق شبکه لورا به گیت‌وی ارسال می‌کنند. گیت‌وی‌ها نقش واسطه بین نودها و سرور را داشته و اطلاعات را ازطریق یک لینک ارتباطی مبتنی‌بر اینترنت به سرور می‌فرستند. سرور نیز مسئول مدیریت شبکه و امنیت داده‌ها در پروتکل lora بوده و اطلاعات پردازش‌شده را به نرم‌افزار ارائه می‌دهد. درنهایت، نرم‌افزار با استفاده از اطلاعات دریافتی از نودها می‌تواند کاربردهای مختلفی برای کاربران فراهم کند که از جمله آن‌ها می‌توان به رهگیری موقعیت مکانی، نظارت بر محیط زیست یا کنترل روشنایی محیط اشاره کرد.

مزایا و معایب شبکه لورا

پروتکل لورا برای برقراری ارتباطات بی‌سیم در اینترنت اشیا (IoT) به‌عنوان یک فناوری با ویژگی‌های منحصربه‌فرد شناخته می‌شود. این فناوری مزایا و معایب خود را دارد که در زیر آن‌ها را بررسی خواهیم کرد:

مزایای پروتکل lora

• برد زیاد: یکی از ویژگی‌های برجسته پروتکل lora، برد بلند آن است. این به معنای امکان ارتباط در فواصل طولانی (معمولاً تا چند ده کیلومتر یا بیشتر) بین دستگاه‌ها و در داخل ساختمان‌ها است.
• مصرف انرژی کم: دستگاه‌هایی که از پروتکل لورا استفاده می‌کنند، انرژی کمی مصرف کرده به افزایش عمر باتری دستگاه‌ها کمک می‌کنند. این ویژگی مهم در زمان‌هایی که دستگاه‌ها باید به‌صورت مداوم فعال باشند، مانند کشاورزی هوشمند، بسیار ارزشمند است.
• پوشش گسترده: پروتکل لورا به افزایش پوشش ارتباطات در مناطق روستایی و شهری کمک کرده و ارتباط در محیط‌های مختلف را بهبود می‌دهد.
• امنیت بالا: پروتکل لورا از رمزنگاری دوطرفه استفاده می‌کند و امنیت داده‌ها را در برابر حملات سایبری تضمین می‌کند.
• هزینه کم: پروتکل LoRa به‌عنوان یک فناوری ارتباطی کم‌هزینه در اجرا و نگهداری شناخته می‌شود.

معایب پروتکل lora

• سرعت کم: یکی از معایب اصلی پروتکل لورا، سرعت کم انتقال داده‌ها در آن است. این فناوری به‌دلیل محدودیت در سرعت، برای انتقال داده‌های حجیم و پیام‌های بزرگ مناسب نیست. نرخ داده شبکه lora بین 0.3 تا 50 کیلوبیت بر ثانیه متغیر بوده که از بسیاری از شبکه‌های بی‌سیم دیگر مانند Wi-Fi، Bluetooth و ZigBee  کم‌تر است.
• ظرفیت محدود: پروتکل lora به‌عنوان یک فناوری با ظرفیت محدود شناخته شده و نمی‌تواند تعداد زیادی از دستگاه‌ها را هم‌زمان پشتیبانی کند.
• تداخل باند فرکانسی: شبکه لورا در باندهای فرکانسی بدون نیاز به مجوز (ISM) کار می‌کند که در مناطق مختلف متفاوت است. این باندهای فرکانسی برای استفاده عمومی آزاد هستند و می‌توانند توسط هر کسی برای هر کاربردی استفاده شوند. این موضوع ممکن است باعث ایجاد تداخل بین شبکه لورا و سایر شبکه‌های بی‌سیمی که از همان باند فرکانسی استفاده می‌کنند، شود. این تداخل می‌تواند کیفیت لینک و عملکرد شبکه را کاهش دهد.

ماژول lora چیست؟

ماژول لورا (LoRa Module) یک مدار الکترونیکی است که از فناوری لورا برای برقراری ارتباط بی‌سیم استفاده می‌کند. این ماژول‌ها معمولاً در دستگاه‌های کوچک و کم‌مصرف مانند سنسورها، عملگرها و دستگاه‌های IoT استفاده می‌شوند.

این ماژول‌ها معمولاً شامل یک تراشه الکترونیکی LoRa مانند تراشه SX1276 یا SX1262 از شرکت Semtech و یک آنتن می‌شوند. ماژول‌های LoRa به‌عنوان واسطه‌های ارتباطی بین دستگاه‌های اینترنت اشیا و شبکه‌های LoRa یا LoRaWAN Wide عمل می‌کنند.

تفاوت LoRa و LoRaWAN چیست؟

گرچه اصطلاح LoRa و LoRaWAN گاهی به‌جای هم استفاده می‌شوند، اما تفاوت دارند:

• LoRa به فناوری فیزیکی مدولاسیون بی‌سیم اشاره دارد؛
• LoRaWAN یک پروتکل شبکه است که بر بستر LoRa ساخته شده و ارتباطات نقطه به چند نقطه یا نقطه به سرور را با قابلیت رمزگذاری و مدیریت بهتر فراهم می‌کند.

ماژول LoRa ابزاری قدرتمند برای پیاده‌سازی ارتباطات بی‌سیم در پروژه‌های IoT و کاربردهایی است که نیاز به برد بالا و مصرف انرژی پایین دارند. با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن، LoRa انتخابی ایده‌آل برای محیط‌هایی است که دسترسی به اینترنت محدود است یا مصرف انرژی اهمیت بالایی دارد. این ماژول آینده‌ای روشن در دنیای اینترنت اشیا و زیرساخت‌های هوشمند دارد.