Nghiên cứu thử nghiệm mạng lora với module cad lora RN2903

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ - THÔNG TIN

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐÈ TÀI: “NGHIÊN cứu, THỬ NGHIỆM MẠNG
LORA VỚI MODULE CAD-LORA RN2903”

Giảng viên hưóng dẫn: TS. NGUYỀN HỒI GIANG
Sinh viên thục hiện:

vũ QC HỒN

Lớp

:

K16A

Khố

:

2013-2017

Hệ

: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, tháng 5/2017


MỎ DẦU
Trong thời đại cộng nghệ ngày nay, việc truyền nhận thông tin, giao tiếp giữa các
thiết bị điện tử ngày càng phổ biến và chiếm một ưu tiên lớn để phát triến. Cách đây một
vài năm mọi người đã nói về Internet of Things sẽ thay đối thế giới như thế nào. Nhưng
tầm nhìn về việc kết nối hàng tỷ thiết bị có những thử thách nhất định đặc biệt là ở
phương thức truyền dẫn. Tuy nhiên mới đây, một chuẩn giao tiếp không dây mới đã được
ra đời đê giãi quyết cho những khó khăn này có tên là LoraWan. Với nhiều ưu điềm so
với những mạng không dây khác, dù chỉ mới được ra đời Lora đã được lan rộng và phô
biến tại nhiều nơi trên thế giới. Nhiều cuộc thứ nghiệm đã được diễn ra đê kiêm chứng
cho khả năng cùa mạng này và đều đã thu được những kết quà khả quan. Trong đó, với
một nước đang phát triển như Việt Nam, đây chính là thời cơ để chúng ta nắm bắt công
nghệ cũng như tận dụng đề bứt phá phát triển, đưa vào ứng dụng trong thực tiễn, phát
triền những hệ thống IOT trong nước một cách tối ưu, không trờ lên tụt hậu so với xu
hướng đi lên cúa các nước trên thế giới nhất là khi thời đại cộng nghiệp 4.0 đang đến gần.
Đế bắt kịp với xu hướng công nghệ mới này, tại nước ta cũng đã bắt đầu có những ý
tưởng, dự án nhàm ứng dụng Lora vào những mô hình lot thức tế như giao thơng thơng
minh, thiết bị định vị người bị nạn...
Thời gian qua, nhờ có cơ hội được học hói, tim hiều về cộng nghệ mạng Lora em đã
cho ra sán phầm module truyền nhận sóng R.F Lora “Cad-Lora R.2903”. Sản phẩm này
hoạt động như môt thiết bị đầu cuối trong cấu trúc mạng LoraWan, với mục đích gứi dữ
liệu về các cồng Gateway.

Và để trinh bày rô hơn về những vấn đề này, cũng như để giới thiệu module “CadLora R2903”, trong bàn đồ án này cúa em sẽ gồm những nội dung cơ bán sau:
•

Giói thiệu khái qt về ÍOT và mạng Lora

•

Cấu trúc mạng và các đặc tính của cơng nghệ mạng Lora

•

Mơ hình ứng dụng trong thực tế

•

Thiết kế module truyền nhận Cad-Lora R2903

Trong quá trình làm đồ án, do thời gian tìm hiếu cịn hạn hẹp và kiến thức có phần hạn
chế, băn đồ án này của em vẫn còn nhiều thiếu sót, một số nội dung chưa được chi tiết,
em rất mong nhận được sự thơng cảm và góp ý cùa các thầy cơ đê em hồn thiện hơn.


LỜI CẢM ON
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp
đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp cùa người khác. Trong suốt thời gian từ khi
bát đầu học tập ớ giáng đường đại học đến nay - khi em hoàn thành được bản đồ án này,
em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q thầy cơ gia đình và bạn bè.
Với lịng biết cm sâu sac nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ờ Khoa Công nghệ Điện tử Thông tin - Viện Đại học Mở Hà Nội lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời càm ơn
sâu sác các thầy cô đã dành tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức
quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường.

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo - TS. Nguyễn Hoài
Giang đã quan tâm giúp đờ, hướng dẫn em hoàn thành tốt bán báo cáo này trong thời gian
qua. Neu khơng có những lời hướng dần, dạy báo của thầy thì em nghĩ bán luận văn này
của em rất khó có thế hồn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy.

Không thê không nhắc tới sự tin tưởng, giúp đỡ của Ban lãnh đạo Công ty cổ phần
công nghệ cao Cadpro, cùng sự hướng dần tận tình cùa các anh chị phịng Thiết Ke cơng
ty đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt thời gian làm việc tại công ty.

Cuối cùng, em xin chân thành căm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo điều kiện, quan
tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và làm báo cáo.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm, cơ sờ vật chất còn hạn che của một học
viên, báo cáo này không thê tránh dược những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chi
bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cơ đế em có điều kiện bồ sung, nâng cao ý thức của
mình, phục vụ tốt hơn trong cơng tác thực tế sau này.

Trân trọng cám ơn!


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẢN

Điểm:...... (Bằng chữ:..................... )

Ngày....tháng....năm 2017
Giàng viên hướng dẫn


MỤC LỤC
Mỏ- đầu
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VÈ IOT VÀ MẠNG LORA.......................... 1

1.1

Giới thiệu về IOT và công nghệ mạng khơng dây.................................................. 1

1.2

Khái niệm, nền táng hình thành mạng Lorawan.....................................................9

1.3

Kết luận.................................................................................................................... 12

CHƯƠNG 2 CÁU TRÚC MẠNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CƠNG NGHỆ MẠNG
LORA........................................
’............ 13

2.1

Cấu trúc mạng.......................................................................................................... 13

2.2

Các đặc tính.............................................................................................................. 17

2.2.1

. Phạm vi hoạt động........................................................................................... 18

2.2.2

Tính bảo mật......................................................................................................19

2.2.3

Tiêu thụ năng lượng.......................................................................................... 22

2.2.4

Phân chia tần số và ánh hướng đến độ nhiễu.................................................. 23

2.2.5

Dung lượng mạng............................................................................................. 25

2.3

Ưu, nhược điềm....................................................................................................... 26

2.3.1

Ưu điểm:............................................................................................................26

2.3.2

Nhược điểm:..................................................................................................... 29

2.4

Kết luận................................................................................................................... 30

CHƯƠNG 3 MƠ HÌNH ÚNG DỤNG TRONG THỤC TÉ............................................31

3.1

Triển khai mạng Lora trên thế giới.........................................................................31

3.1.1

Thí nghiệm đánh giá khả năng phù sóng mạng Lora cùa SEMTECH.......... 31

3.1.2

Mạng lưới toàn cầu dựa trên LoRaWan của Inmarsat.................................... 36

3.1.3

Bộ điều khiến đèn chiếu sáng InteliLIGHT Lora ở Szada............................. 37

3.1.4

ứng dụng trong một số lĩnh vực khác............................................................. 40

3.2

Mạng Lora tại Việt Nam......................................................................................... 41

3.2.1

Thiết bị đeo hồ trợ tìm kiếm người bị nạn trên biến........................................41


3.2.2

3.3

Giao thông thông minh.................................................................................... 43

Kết luận................................................................................................................... 47

CHƯƠNG 4 THIÉT KÉ MODULE TRUYỀN NHẬN “CAD - LORA RN2903”....48

4.1

Giới thiệu khái quát về sản phẩm............................................................................48

4.2

Quy trinh thiết kể.................................................................................................... 52

4.2.1

Thiết kế phần cứng........................................................................................... 52

4.2.2

Lập hồ sơ thiết kế.............................................................................................. 53

4.2.3

Thử nghiệm sản phẩm trên thực tế.................................................................. 55

4.3

Phần mềm điều khiển Module................................................................................ 56

4.4

Kết luận................................................................................................................... 60

Kết luận............................................................................................................... 61
Tài liệu tham khảo............................................................................................ 62


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mơ hỉnh giám sát cây trồng ứng dụng IOT............................................................3
Hình 1.2: Các thống kê dự đốn về IOT tới năm 2020.........................................................5
Hình 1.3 Một số loại mạng khơng dây và phạm vi sử dụng................................................. 7
Hình 1.4: So sánh đặc điếm của Lora với các mạng không dây khác................................ 10

Hình 2.1 Cấu trúc mạng LoraWan....................................................................................... 13
Hình 2.2 Các loại thiết bị đầu cuối mạng dùng trong mạng Lora...................................... 14
Hình 2.3: Biểu đồ tốc độ truyền tin phụ thuộc vào SF và dung lượng gói tin.................... 16

Hình 2.4 Tồng thể mơ hình bảo mật cùa mạng Lora...........................................................21
Hình 2.5 Cấu trúc bào mật cùa một gói tin khi truyền trong mạng LoRaWan................. 22
Hình 2.6 Phân chia tần số và các thống số kĩ thuật với mạng Lora của từng khu vực.... 24

Hình 2.7: Một số ưu điểm khi sử dụng LoraWan................................................................ 27

Hình 3.1 Ví trí module LoraMote được đặttrên nóc xe ơ tơ.............................................. 32
Hình 3.2 Ví trí module LoraMote được đặt được đặt trên thuyền...................................32
Hình 3.3 Bản đồ nhiệt tín hiệu vơ tuyển trong thí nghiệm ở Oulu.................................... 34
Hình 3.4 Mơ hình hệ thống chiếu sáng đường phố ở Szada.............................................. 38

Hình 3.5 Thiết bị điều khiến inteliLIGHT LoRa................................................................. 39
Hình 3.6 Hệ thống cân tại trạm thu phí đường cao tốc Pháp Vân - Ninh Binh................. 43

Hình 3.7 Mơ phỏng thiết bị tại trạm cân............................................................................. 46

Hình 4.1: Sơ đồ khối module Cad-Lora RN2903................................................................49
Hình 4.2 Chip RN2303 cùa SEMTECH.............................................................................. 50
Hình 4.3 Kết nổi phần cứng của RN2903 ........................................................................... 51
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý của mạch.................................................................................... 52
Hình 4.5 Sơ đồ mạch in của mạch....................................................................................... 53

Hình 4.6: Mơ tả linh kiện đặt lớp dưới mạch...................................................................... 54
Hình 4.7: Mơ tà linh kiện đặt lớp trên mạch....................................................................... 54


Hình 4.8 Mạch hồn chinh trước khi cấp nguồn................................................................. 54

Hình 4.9 Mạch hồn chinh sau khi cấp nguồn.................................................................... 55

Hình 4.10 Giao diện phần mcm LORA DEVELOPMENT UTILITY

.........................56

Hình 4.11 Danh sách các thiết bị ABP được lưu trữ trong Server..................................... 57
Hình 4.12 Các bước gửi một gói tin từ module.................................................................. 57
Hình 4.13 Hiển thị số gói tin đã nhận ở Gateway.............................................................. 57
Hình 4.14 Thơng tin các gói tin mà Gateway đã nhận được............................................. 58
Hình 4.15 Giao diện phần mềm điều khiển module............................................................ 59

DANH MỤC BẢNG BIẾU
Bảng 2.1 Các thông số cơ bản của mạng Lora................................................................... 17

Bảng 3.1 Các kênh tần số và quy định................................................................................ 33
Bàng 3.2 Kết quả đo với cảm biến gắn trên ô tô.................................................................35
Bảng 3.3 Kết quà đo với cảm biển gắn trên thuyền........................................................... 35

Báng 4.1 Cài đặt UART của Chip RN2903 ........................................................................ 51
Báng 4.2 Kết quà thí nghiệm đo khoáng cách mạng Lora................................................. 55


KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẤT

Tù

SF

css

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Factor Spread

Hệ số lan truyền

Chirp Spread spectrum

Dải phổ rộng có tần số thay đổi theo
thời gian

Advanced Encryption Standard

Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến

TDOA

Time Difference Of Arrival

Phương pháp định vị hình học

CRC

Cyclic Redundancy Check

Mã phát hiện lồi

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

ADR

Adaptive Data Rate

Phương pháp điều chỉnh tốc độ dữ liệu

MIC

Message Integrity Code

Mã xác thực tin nhắn

CAPEX

Captical Expenditure

Chi phí đầu tư

OPEX

Operating Expenses

Chi phí hoạt động

Frequency Shift Keying

Điều chế số theo tín hiệu

Supervisory Control And Data
Acquisition

Hệ thống Thu thập dữ liệu và điều
khiển giám sát

RSS1

Received Signal Strength
Indication

Cường độ tín hiệu thu được

OIML

Organisation Internationale de
Métrologic Legale

Tiêu chuẩn của tố chức đo lường pháp
lý quốc tế

AES

FSK

SCADA


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

CHUÔNG 1
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VÈ IOT VÀ MẠNG LORA
Ngày nay, đi cùng với sự phát triên cúa xã hội, nhu cầu và địi hói về chất lượng cuộc
sống, giảm áp lực công việc ngày càng tàng cao. Đe đáp ứng được các nhu cầu thiết yếu

đó, khoa học kĩ thuật cũng đang ngày một phát triển và được ứng dụng phố biến trong
mọi lĩnh vực giúp tăng năng suất, hiệu quá lao động và giảm thiểu tối đa sức lao động cùa
con người. Và đinh cao cùa sự phát triển đó là tiến tới một mạng lưới các hệ thống tự

vận, tự điếu khiển và kết nối được với nhau. Ớ đó, mọi đồ vật, con vật hoặc con người
được cung cấp các định danh riêng và khả nàng tự động truyền tài dữ liệu qua một mạng
lưới mà không cần sự tương tác giữa con người với con người hoặc con người với máy

tính. Người ta gọi đó là IOT (internet of things) - mạng lưới thiết bị kết nối Internet. Thế
giới đang chuyến minh mạnh mẽ trước xu the IOT và làn sóng đó cũng nhanh chóng du

nhập vào các quốc gia đang phát triến như Việt Nam. Với nền tảng dựa trên các loại

mạng không dây đang được phố biến hiện nay như Wifi, Bluetooth , ZigBee... và mới
nhất là Lora với những ưu điểm riêng, hứa hẹn mang lại một bước tiến mới cho công
nghệ mạng không dây và giúp cho IOT trờ lên hồn thiện hơn.
1.1 Giói thiệu về 1OT và cơng nghệ mạng không dây

1OT về cơ bân là sự kết nối của các đối tượng với nhau qua Internet. Trong một nghĩa
rộng hơn, đây là sự ảo hóa và là một xu hướng công nghệ hiện đại, với mục tiêu thu thập

dữ liệu từ những đối tượng chúng ta quan tâm và chuyến đổi chúng thành dạng có thể xử

lý trên máy tính, mang lại những giá trị mới, phục vụ cho lợi ích cùa con người .Trong
mơ hình IOT, mọi đồ vật, con vật hay kế cà con người đều có thê được nhận biết và định
dạng (identifiable) đế phân biệt bản thân đối tượng đó với những thứ xung quanh nhờ đó
chúng dễ dàng trao đổi và truyền tài thông tin, dữ liệu một cách hiệu quả, tiện lợi thông

qua mạng Internet mà không cần sự tương tác trực tiếp giữa người với thiết bị hay giữa

người với người. Điều đó có nghĩa là khi mọi thiết bị đã được “Internet hóa”, chỉ với một
thiết bị thơng minh, chang hạn như Smart tivi, Smartphone hay thậm chí chì bằng một
chiếc smartwatch nhỏ bé trên tay đã được hỗ trợ loT, người dùng có thể điều khiển chúng

mọi lúc mọi nơi mà không bị giới hạn về mặt thời gian và khơng gian; nhờ đó tiết kiệm
GVHD: TS. NGUYỄN HỒI GIANG

1

SVTH: vũ QUỐC HOÀN


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

được tối đa thời gian, công sức và giảm tài áp lực cho con người, mang lại lợi ích về kinh
tế vô dùng to lớn, được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực trong đời sống thường ngày

cũng như trong sân xuất, công, nông nghiệp... Theo nghiên cứu của hãng nghiên cứu và
phân tích thị trường Machina Research ước tính sẽ có 27 tỷ kết nối loT vào năm 2022 và
cơ hội thu nhập của ngành này sẽ đạt tới 3 nghìn tỷ dollar Mỹ.
Đề thấy rị được những gì mà 1OT mang lại chúng ta sẽ tìm hiểu qua một số ứng dụng

trong ba lĩnh vực chính mà mơ hình IOT đang được áp dụng: nơng nghiệp, sản xuất và
trong cuộc sống. Một trong những ngành có sự thay đồi nhiều nhất kế từ khi IOT ra đời
đó chính là nơng nghiệp thơng minh. So với nên nơng nghiệp thù cơng truyền thống, thì

nơng nghiệp có sử dụng các ứng dụng IOT đem lại hiệu quá lớn hơn rất nhiều, đồng thời
tiết kiệm đáng kế sức lao động của con người. Với những thiết bị đã được tự động hóa,
người ta dễ dàng theo dõi được vị trí và tình trạng của vật ni, giám sát các điều kiện

phát triến các loại cây trồng, và toi ưu hóa hiệu suất của thiết bị nơng nghiệp... Các loại
cây trồng có giá trị cao có thê được theo dõi bời các cảm biến không dây nhằm giúp ghi
nhận các thơng số (nhiệt độ khơng khí, độ am, nhiệt độ đất, độ ấm cùa đất, áp suất khí

quyển, bức xạ mặt trời, đường kính thân cây/ gốc/ quà, tốc độ và hướng gió, lượng
mưa...), với các dữ liệu thời gian thực được thu thập đường lưu trữ và xử lý thơng qua

điện tốn đám mây cho phép truy cập thơng qua máy tính kết nối internet hoặc
smartphone. Thơng tin này tiện lợi trong việc đồng bộ hệ thống tưới tiêu và sử dụng các

biện pháp can thiệp khác để phù họp với điều kiện trồng tại tìrng địa phương.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

2

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

Hình 1.1 MƠ hình giám sát cây trồng ứng dụng IOT
Hình 1.1 mơ tả khái qt một mơ hình giam sát cây trồng thơng minh. Tại đó, các càm

biến được sử dụng để đo độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng, độ PH,...của cây trồng rồi truyền về

máy tính qua mạng khơng dây đế người dùng có the dễ dàng theo dõi. Các dữ liệu này
được lưu trừ trực tuyến ờ trong Cloud.

Hay một ví dụ khác, thứ mà đang được nhắc đến rất nhiều hiện nay là hệ thống nhà thơng

minh. Một mơ hình “Smart house” dien hình sẽ có các tính năng cơ bàn: khi chúng ta

bước gần về đến cửa nhà, cơ chế điều khiển tự động tích hợp trong chìa khóa (hay thậm

chí là điện thoại, thẻ tín dụng, smartwatch) của chúng ta sẽ tự động mở cửa từ xa. Khóa
cửa sẽ gửi tín hiệu khơng dây đến hệ thống mạng nội bộ trong nhà, trước hết là khiến đèn
cửa và hàng lang được kích hoạt. Hệ thống điều hòa, vốn đã chuyến sang trạng thái chờ

khi chúng ta rời đi, sè tiếp tục hoạt động trở lại. Chiếc tủ lạnh thông thường của bạn khi
không được kết nối với thiết bị nào. Nếu muốn ghi lại nhiệt độ ờ từng thời điểm cùa tủ để

theo dõi, chúng ta chi có cách đo đạc và ghi lại thủ cơng rồi nhập vào một máy tính hay

thiết bị lưu trữ nào đó. Nhưng nếu chi cần có thêm cùa một thiết bị cảm biến rất nhỏ, tất
cà các số liệu này sẽ được tự động chuyến về máy tính một cách đầy đủ và chính xác mà
khơng cần bất cứ tác động nào cũa con người. Trong các ngành công nghiệp, săn xuất,

IOT cũng dần trở lên phố biến và đang được áp dụng rất hiệu quả. Tập đoàn General
Electric (GE) của Mỹ được xem là một ví dụ tiêu biểu trong việc khai thác loT. Tập đồn
này có thể tiên liệu được chu trình báo trì cúa một động cơ máy bay hay tua-bin điện gió
GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

3

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

nhờ tích hợp loT. Bằng cách phân tích dữ liệu thu thập được, GE tiết kiệm được rất nhiều

thời gian và chi phí. Các kỹ sư của GE biết được khi nào sẽ phải tiến hành bảo dưỡng
một động cơ thay vì cách làm truyền thống là tự đặt ra lịch trình bào dưỡng cứng nhắc

nhưng chưa chắc đã thực sự cần thiết với thiết bị. Không những thế, việc lập lịch cho các
thiết bị tự hoạt mà không cần đến sự tác động của con người giúp giảm bớt các chi phí về

nhân cơng, nâng cao hiệu quả lao động và rút ngắn thời gian trong sản xuất. Ngồi ra, cịn

rất nhiều lĩnh vực khác cũng đang được sử dụng các ứng dụng IOT và đem lại hiệu q
tích cực. Có thế kế đến ngay như trong bán lẻ hàng hóa, y tế, bảo vệ mơi trường, vận tài

hay giao thông thông minh...
Sự phát triên cùa loT được thúc đấy bới 4 yếu tố quan trọng. Đầu tiên là cảm biến chi

phí thấp, thứ hai là cơng nghệ di động, tiếp theo đó là khả năng phân tích dữ liệu lớn, và
cuối cùng là điện toán đám mây. Cảm biến giá rẻ đang nổi lên như là một trinh điều khiên

rất quan trọng đối với sự phát triển của hệ thống IOT, với đặc điếm tiện lợi và nhỏ gọn
hơn bao giờ hết để có thể gán vào bất kì đối tượng, thiết bị nào, chúng sẽ là con mắt và

đôi tai điện tử của người sử dụng với khả năng phát hiện và ghi lại chính xác mọi thay
đồi của thế giới xung quanh. Còn đối với doanh nghiệp thì tính di động lại đang là yếu tố

thiết yếu và tập trung tất cả mọi thứ trong một ứng dụng. Doanh nghiệp phải phát triển
các ứng dụng cùa mình để có thế biết và theo dõi vị trí một cách tự động của bất cứ thiết

bị CNTT nào. Và khi có nhiều kết nối được thực hiện, sẽ dẫn đến khối lượng dữ liệu lớn
và là tiền đề cho khái niệm bùng no dĩr liệu. Ví dụ khi nói về thành phố thơng minh thì

bản chất ớ đây là thu thập tất cà dữ liệu từ những đối tượng kết nối và chuyển chúng
thành thông tin. Khả năng phân tích dữ liệu lớn đóng vai trị quan trọng đề điều khiển,

quàn lý cả hệ thống. Cuối cùng, nơi lưu trữ, xử lý những dữ liệu đó cùa chính là điện tốn

đám mây. Tại sự kiện NetEvent 2016 diễn ra hồi tháng 5/2016 vừa qua tại Singapore với
chù đề “The loT Will Disrupt Everything - Or Will It? You Be the Judge”, nhiều chuyên
gia đã nhận định rằng điện tốn đám chính là nơi tạo ra khả năng, sức mạnh và là nguồn

lưu trữ khống lồ cho loT với những ưu điểm như an toàn, báo mật cao, dung lượng khơng
giới hạn, tối đa chi phí, tốc độ và đơn giản, dỗ sử dụng.

Mặc dù khái niệm Internet of Things đã được đưa ra từ lâu (bới Kevin Ashton vào
năm 1999). Nhưng chi trong vài năm gần đây nó mới được nhiều doanh nghiệp cũng như
GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

4

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN

DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

các nhà khoa học đế ý và tập trung phát triển mạnh mẽ, trở thành tâm điêm cho sự đầu tư
trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật.

Và khi đã gây được sự chú ý cùa cộng đồng, loT đã cho thấy tiềm năng phát triển của
mình bằng những con số đáng kinh ngạc:
Dự báo Internet of Things đến năm 2020:

Theo ước tính của cơng ty ABI Research về IOT đến năm 2020 cho kết quả:

+ 4 tỷ người kết nối với nhau
+ 4 ngàn tỷ USD doanh thu
+ Hon 25 triệu ứng dụng

+ Hon 25 tỷ hệ thống nhúng và hệ thống thông minh
+ 50 ngàn tỳ Gbs dữ liệu.

Rõ ràng, Internet of Thing có thể thay đổi hồn tồn cách sống cùa con người trong
tương lai khơng xa. Khi mọi vật đã được "Internet hóa" người dùng có thể điều khiến

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

5

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN

ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

chúng từ bất kỳ nơi nào, không bị giới hạn về mặt không gian và thời gian chi cần một

thiết bị thơng minh có kết nối mạng khơng dây.
Viền cảnh thị trường loT là rất sáng sủa, tuy nhiên đây mới chỉ là dự kiến, đế thực

tiễn hóa việc phát triền các thiết bị loT phụ thuộc khá nhiều vào cách mà nó đến với

người sử dụng và cơng nghệ - điều mà các nhà sản xuất hiện vẫn đang nỗ lực tạo nên
những trải nghiệm tốt nhất. Bên cạnh rất nhiều cơ hội mở ra, vẫn cịn khơng ít những rào
càn, thách thức khiến cho loT vẫn chưa được đưa vào sử dụng rộng rãi tương xứng với

những tiềm năng nó đem lại. Đầu tiên có thế kể đến đó là thiếu các bộ giao thức chuẩn

hóa. Bao gồm cả nền tàng giao tiếp và quân lý. Việc tạo ra một “ngôn ngữ giao tiếp”
chung là điều cực kỳ cần thiết song hiện vần chưa có một ngơn ngữ nào như vậy. Thực tế

thì hầu hết người dùng đều sử dụng các thiết bị cùa các hãng sản xuất khác nhau trong
nhà nên việc giao tiếp được giữa hai thiết bị của hai hãng khác nhau là cực kỳ cần thiết.

Việc đầu tư một số tiền không nhỏ đế đồng bộ hóa tất cà thiết bị là điều khó khả thi. Sau
ngơn ngữ giao tiếp chung, loT cần một công cụ quản lý chung cho nhiều hệ thống khác

nhau. Ví dụ như muốn xây dựng một hệ thống giám sát và điều khiến giao thơng, trong

đó có thế làm việc với tất cả các loại xe ô tô của các hãng sản xuất khác nhau. Tiếp đến
đó là chưa có những giải pháp bảo mật tương xứng. loT có hai chức năng chính là: thu

thập/phân tích thơng tin tự động từ các thiết bị và điều khiến hoạt động cùa chúng từ xa.

Cả hai chức năng này đều truyền thông tin qua mạng Internet và lưu trữ dữ liệu trên điện
tốn đám mây, nơi vẫn ln tiềm ấn khả năng bị tấn cơng. Vì vậy, nguy cơ bảo mật đối
với tất cả các thiết bị kết nối tới Internet nói chung đều khó có thể tránh khỏi. Ngồi việc

phát triển thiết bị và các bộ giao thức để chúng giao tiếp với nhau, một hệ sinh thái cũng
cần phải có các phần mềm bảo mật tương xứng đi kèm, thậm chí là cịn phải được chú
trọng hơn. Khả năng bào mật sẽ phải được hồ trợ bởi hạ tầng đám mây chứ không chỉ ở

phạm vi thiết bị. Bời với loT, các thiết bị khơng chi cịn đơn thuần liên quan tới công việc

mà liên quan rất nhiều tới cá nhân người dùng. loT cũng làm dấy lên mối lo ngại về vấn
đề tính riêng tư của các dữ liệu cá nhân. Các thông tin trong thời gian thực về vị trí vật lý,
hay các thơng tin cập nhật về cân nặng, huyết áp, tình trạng sức khỏe, thói quen... có thế
được sử dụng bời các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Người dùng có the được

sử dụng các ứng dụng với mức phí rè song các thơng tin này có thê sẽ được nhà cung cấp

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

6

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

bán cho bên thứ ba để phục vụ quảng cáo hay một mục đích kinh doanh khác. Điều này

làm gia tãng sự lo ngại về tính riêng tư của mỗi người. Yếu tố cuối cùng nhưng cũng
quan trọng không kém đó là sự tiêu hao năng lượng và nguồn sử dụng cho các thiết bị.

Cấp nguồn cho các thiết bị trong hệ thống loT và mạng kết nối chúng cũng là một trong
những vấn đề cần phái giải quyết, đặc biệt là với các thiết bị không thể cấp nguồn trực
tiếp như đồng hồ đo nước, vật nuôi, cây trồng...Việc cấp nguồn cho các thiết bị cảm ứng
này sẽ làm gia tăng đáng kế chi phí, kích thước của thiết bị và đôi khi là cần những công
nghệ cấp nguồn mới tốn kém. Từ đó có thế thấy, đê khai thác được hết những tiềm năng
lớn và nguồn lợi khổng lồ mà loT mang lại, vẫn còn khá nhiều vấn đề cần phải giải quyết
dành cho những nhà phát triển công nghệ.
Đế kết nối trên diện rộng và khoảng cách xa, thực chất các thiết bị trong thế giới

Internet of Things sẽ phải tận dụng rất nhiều kênh truyền tải dữ liệu khơng dây khác
nhau.

Ẳ $ỂỀiằ
Personal Area

Local Area

Wide Area

Hình 1.3 Một số loại mạng không dây và phạm vi sử dụng

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

7

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

Hiện nay có rất nhiều các mạng khơng dây đang được sứ dụng trong ứng dụng IOT
như Wifi, Bluetooth, hay các mạng di động.... Bluetooth thích họfp đề dùng cho việc điều
khiến thiết bị ở khoảng cách gần, xung quanh người sử dụng. Wifi có khoảng cách xa

hơn, kết nối được trong phạm vi một vài tòa nhà còn mạng di động thì thuộc mạng diện
rộng, có khoảng cách rất xa nhờ có các trạm thu phát sóng. Chúng ta đã khá quen thuộc
với Wi-Fi và Bluetooth vì chúng xuất hiện thường trực xung quanh, được áp dụng rộng

rãi theo tiêu chuẩn và phục vụ các ứng dụng liên quan đến truyền thông thiết bị cá nhân

khá tốt. Hiện tại rất nhiều thiết bị đã dùng một trong hai hoặc cả hai kết noi này, từ

smartphone, tablet, TV, tủ lạnh, lị vi sóng cho đến các bóng đèn thơng minh. Bên cạnh
đó, những thiết bị mang tính cơng nghiệp hơn, chẳng hạn như máy bơm, van áp suất,
robot... thì dùng Wi-Fi, hoặc có thể là Zigbee. ZigBcc cịn được gọi là chuẩn 802.15.4, nó

là một giao tiếp tầm gần được kỳ vọng sẽ tăng trường mạnh trong vòng 5 năm tới. Trong

khi đó, mạng di động thi có thế được dùng để theo dõi xem những tài sản, gói hàng đang

luân chuyến đến đâu, hoặc đế giám sát các phương tiện giao thông công cộng nhờ khà
năng bao phú tầm xa cùa mạng. Ví dụ, nhà mạng AT&T ở Mỹ đã cung cấp một dịch vụ

sử dụng thè SIM đê theo dõi các tác phàm nghệ thuật khi chúng được chuyên giữa các
cuộc triển lãm, hoặc khi đóng thùng đế chuyến đi những nơi xa hơn.

Tuy nhiên tất cà các mạng khơng dây kế trên mồi loại đều có những hạn chế nhất định
riêng. Rõ ràng Wi-Fi và ZigBec khơng thế phù sóng đi xa. Nếu chi dùng trong nhà thi ổn,

nhưng khi đưa vào các xướng sàn xuất, các cánh đồng hàng trăn hecta, hệ phức hợp khai
thác dầu mỏ, đèn đường và nơng trại...thì Wi-Fi khơng cịn là lựa chọn tốt. Cịn mạng di
động thì ln tiêu tốn rất nhiều năng lượng và gần như yêu cầu bát buộc phải có bộ sạc

nguồn đi kèm cho mồi thiết bị. Vì thế, các mạng kế trên đều chưa phải là những lựa chọn

tối ưu nhất. Bởi vậy, việc sử dụng một loại sóng radio điện năng thấp có thể phát sóng xa
chính là thứ cịn thiếu trong lĩnh vực loT. Và gần đây nhất mạng Lorawan ra đời như là
chiếc chìa khóa để giải quyết cho vấn đề này và khắc phục được điểm yếu của các mạng

không dây khác.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

8

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN

ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

1.2 Khái niệm, nền tảng hình thành mạng Lorawan

Điều chế LoRa nằm ở lớp vật lý (physical layer) cũa LoRaWAN, sừ dụng điều chế
dựa trên kỹ thuật Spread-Spectrum Chirp và một biến thế Spread Spectrum (CSS), một
kỹ thuật phố lan rộng, ở đó tín hiệu được điều chế bởi các xung chirp (xung tần số thay

đối có dạng hình sin) do đó tăng khá năng phục hồi và chống nhiều, hiệu ứng Doppler và

multipath. Nó là một MAC protocol cho high capacity long range và Low Power Wide
Area Networks (LPWAN) cho phép hoạt động trên các băng tần ISM 433, 868 hoặc 915
MHz, tùy thuộc vào khu vực mà nó được triển khai. Tải trọng cùa mồi lần truyền có thế

dao động từ 2-255 octet. Và tốc độ dữ liệu có thể đạt tới 50 Kbps.. LoRa Alliance là một

tố chức mờ phi lợi nhuận với các thành viên làm việc đế chuẩn hóa LoRa Wide Area
Network protocol (a.k.a LoRaWAN) cho LPWAN. LoRaWAN chú trong vào những nhu
cầu cơ bán của loT như bào mật giao tiếp 2 chiều (bidirection communication), tính di
động và các dịch vụ nội địa.

Cơng nghệ LoRaWAN được Semtech phát triển đầu tiên trong một số địng chip của
mình và lần đầu tiên được trình diễn tại triển lãm điện từ tại Munich năm 2014. Một

mạng LoRaWAN đã được triên khai thử nghiệm ờ nhiều khu vực của Munich với khoảng
1.000 thiết bị loT để phục vụ cho việc trình diễn này. Tại hai Triển lãm lớn nhất về điện

tử viễn thông trong năm 2015 là Triển lăm hàng điện tử tiêu dùng CES 2015 tại Mỹ và
Triển lãm di động toàn cầu MWC 2015 diễn ra hồi tháng 3/2015 tại Barcelona, công

nghệ này cũng đã có mặt và trở thành tâm điểm được chú ý.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

9

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

ZigBee

0 Bluetooth
I »•

LoRa

wTfi
»1
100 m

10 m

10,000 m

• Low data
-Low data rate
• Very low power
•Lwpw*
• Very short distance *Mesh s,ruc,ure

• Medium data rate
• Low power
• Short distance
• Paired

• High data rate
• Medium power
• Medium distance

• Low data rate
• Very low power
• Long distance
• Low cost
• Star structure

• High data rate
• High power
• Long distance
• Cell tower

Hỉnh 1.4: So sánh đặc diem của Lora với các mạng khơng dây khác

Có thế dỗ dàng nhận thấy điểm nối bật của mạng Lora khi so sánh với từng loại mạng
không dây khác được thế hiện cụ thể như sau:

•

So với RF1D: Khoảng cách xa hơn rất nhiều, truyền nhận được xa hơn hàng
chục kilometer.

•

So với Bluetooth: mạng Lora có tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn, nhưng truyền
được xa hơn đến hàng nghìn lần và tốn ít năng lượng hơn

•
•

So với Zigbee: Tiết kiệm năng lượng và truyền xa hơn
So với Wifi: Tiêu tốn ít năng lượng và có khoảng cách truyền xa hơn hàng
trăm lần nhưng tốc độ truyền tài lại thấp hơn khá nhiều.

•

So với mạng di động (cụ thể là 4G): có hạn chế về Date rate và khoảng cách
giao tiếp không bằng so với mạng di động. Nhưng bù lại, có ưu điểm về vấn đề
năng lượng và chi phí đế triển khai, xây dưng cơ sở hạ tầng thấp.

Từ đó thấy được tại sao Lora được đánh giá là vượt trội so với các mạng không dây

khác trong ứng dụng hệ thống IOT bởi nó giãi quyết được vấn đề quan trọng trong triển
khai các ứng dụng IOT trước đây là yêu cầu chỉ cần truyền rất ít bít dữ liệu để theo dõi

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

10

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHU'ONG I: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

(monitor) các thiết bị tầm xa. LPWAN thích hợp cho việc gửi một lượng nhở dữ liệu,

hướng tới các kết nối M2M ở khoảng cách lớn, nhưng lại tiêu tốn rất ít năng lượng.
Chính vì những lợi ích vượt trội và tầm quan trọng có thể nhận thấy rõ của lorawan

mà hiệp hội Alliance LoraWan đã được hình thành (2015) đê hỗ trợ sư phát trền của công
nghệ này với nhiều gương quen thuộc trong làng công nghệ như: Cisco, IBM, Actility,
Semtech, Microchip Technology, Bouygues Telecom, KPN, SingTel, Proximus,

Swisscom...Tính đến nay hiệp hội này đã có tới 450 thành viên bao gồm các nhà khai
thác mạng di động, các nhà sản xuất Sensor, Gateway và cà các nhà cung cấp, quản lý

phần mềm ứng dụng trên Web.

Cuối tháng 3/2016 vừa qua, Bouygucs Telecom cũng chính thức cơng bố kết thúc dự
án thừ nghiệm công nghệ này và đánh giá hiệu quà hoạt động trong điều kiện thực tế tại

Pháp trong vịng 16 tháng. Cơng ty Bouygues cho biết: “cơng nghệ mạng LoRa rất phù
hợp với nhiều chuẩn mạng, đồng thời có thể áp dụng trong nhiều ngành như năng lượng,

giao thông, logistic, nông nghiệp, thương mại, môi trường và các ngành sản xuất...” Với
kết quà khả quan thu được, nhà mạng này cho biết sẽ hợp tác cùng Semtech và chính thức

bat tay vào triến khai mạng loT đầu tiên tại Pháp dựa trên cơng nghệ này. Theo đó, mạng
đã chính thức đi vào hoạt động từ tháng 6 năm ngoái tại Issy-les-Moulineaux và một
phần của Paris, sử dụng những thiết bị quan trọng trên mạng bằng sán phẩm cúa
Bouygues Telecom với hơn 15.000 trạm. Từ cuối năm nay, khoáng 500 thị trấn và thành

phố sẽ được bao phù bởi mạng loT này, bao gồm Paris, Marseille, Lyon, Lille, Nice,
Rennes, Montpellier và Angers. Các mạng LoRaWAN tương tự cũng đang được triển

khai tại một vài nước khác như Tây Ban Nha, Thuỵ sĩ, Belgacom ... bởi các nhà mạng
tham gia hiệp hội
Với lực lượng hỗ trợ hùng hậu hiện có, LoraWan đang phát triển với tốc độ khá nhanh

và đánh dấu một bước đột phá trong công nghệ truyền mạng khơng dây, góp phần khơng
nhở vào phát triển hệ thống IOT phố biến trên tồn thế giới. Với cơng nghệ mạng Lora,

khá năng thích nghi trong nhiều ứng dụng cùa nó hứa hẹn sẽ vượt xa so với các mạng

hiện hành và sẽ được chọn đê sứ dụng trong phần lớn các mơ hình 1OT ờ tương lai khơng
xa với dự tính sẽ có khoảng 11% các kết nối loT sẽ sử dụng LPWAN vào năm 2025.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

11

SVTH: vũ QUỐC HOÀN


ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÈ
IOT VẤ MẠNG LORA

1.3 Kết luận

Qua phần này, chúng ta đã thấy được khái niệm về IOT, vai trò của IOT trong cuộc
sống hiện nay, một bức tranh toàn cành về “Thời đại Internet hố” qua một vài ví dụ

trong một số lĩnh vực cụ thể, nhũng thuận lợi cũng như thách thức mà IOT gặp phải trên
con đường phát triển. Đi kèm với đó là những chuấn giao tiếp khơng dây đang được sử
dụng phổ biến cho IOT và M2M. Tuy nhiên do các mơi trường truyền dẫn hiện có đều

gặp phải nhũng hạn chế nhất định, một chuẩn giao tiếp mới đã ra đời - LoraWan với
nhiều ưu điếm vượt trội và đang được rất nhiều các doanh nghiệp, nhà phát triển mạng

viễn thơng coi như là chìa khỏa đế giải quyết những vấn đề còn tồn đọng trong việc đưa
IOT đến gần hơn với tất cà mọi người. Khá nhiều những thừ nghiệm đã được diễn ra và

cả một hiệp hội có tên Alliance Lorawan đã được hình thành nhàm mục đích hợp tác giữa

các doanh nghiệp để cũng hồ trợ phát triển chuẩn giao thức mới này. Chương tiếp theo sẽ

giúp chúng ta hiếu được điều gi đã đem lại cho LoraWan sức hấp dẫn lớn đến vậy.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

12

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


CHƯƠNG 2: CÂU TRÚC MẠNG VÀ CÁC
ĐẶC TÍNH CỦA CƠNG NGHỆ MẠNG LORA

DỊ ÁN TỐT NGHIỆP

CHNG 2
CẤU TRÚC MẠNG VÀ CÁC ĐẶC TÍNH
CỦA CƠNG NGHỆ MẠNG LORA
2.1

Cấu trúc mạng

Cấu trúc mạng LoRaWAN thơng thường dựa trên cấu trúc mạng hình sao (Star
topology), được liên kết như trong hình 2.1, bao gồm các thành phần chính:
•

Thiết bị đầu cuối (1)

•

Bộ phận trung tâm (gateway) (2)

•

Server (3)

Hình 2.1 Cấu trúc mạng LoraWan
Trong đó các gateway đóng vai trị hết sức quan trọng, là cầu nối giữa các thiết bị đầu

cuối và một máy chủ mạng trung tâm ở phía cuối. Các gateway này được kết nối để trâ
lời và chuyển tiếp các gói tin đã nhận từ thiết bị đầu cuối lên Server sau khi đã bổ sung

thêm thông tin về chất lượng của gói tin đã nhận. Mồi cổng có thể hồ trợ từ 8 đến 64

kênh, cho phép hàng triệu tin nhắn mỗi ngày được xử lý bởi một mạng. Việc truyền từ
GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

13

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


CHƯƠNG 2: CÁU TRÚC MẠNG VÀ CÁC
ĐẶC TÍNH CỦA CƠNG NGHỆ MẠNG LORA

DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

Gateway lên Server được thực hiện thơng qua các kết nối IP của mạng có thông lượng
cao hơn như Ethernet, di động 3G hay các mạng vô tuyến, hữu tuyến khác. Máy chủ

Server nam trong Cloud, xử lý các gói tin từ nhiều Gateway và hướng đến một ứng dụng
Server - nơi quản lý các ứng dụng người sử dụng. Người dùng có thế thiết lập các
“event” nhất định hoặc kết hợp các event đó qua trình duyệt web với giao diện đơn giàn,

dễ sử dụng. Nhờ đó dề dàng sừ dụng và kết nối các úng dụng LoraWan qua một chiếc
Smartphone hay một chiếc máy tính thơng thường. Các ứng dụng này sẽ được tích hợp
với các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn như Amazon Web Services và Microsoft

Azure. Còn các thiết bị đầu cuối sẽ sứ dụng phương thức truyền dần vô tuyến dạng single

hop để truyền tới 1 hoặc nhiều gateway. Việc thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình
lại mạng (thêm, bớt các trạm) và có thể kiểm soát, khắc phục sự cố nhanh, đồng thời tận
dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý. Đe phục vụ cho nhiều mục đích

trong từng ứng dụng cụ thế, ngoài các kỹ thuật tiên tiến, LoRaWAN phân loại 3 loại thiết
bị đầu cuối khác nhau dành cho các ứng dụng khác nhau. Cụ thể:

Battery powered sensors
* Most energy efficient
• Must be supported by all devices
* Downlink available only alter sensor TX

B

£

r

í

c

Battery Powered actuators
•

Energy efficient with latency controlled downlink
•
Slotted communication synchronized with a beacon

Main powered actuators
• Devices which can afford IO listen continuously
• No latency lor downlink communication

Hình 2.2 Các loại thiết bị đầu cuối mạng dùng trong mạng Lora

- Loại A: Được hồ trợ dùng được cho tất cà các thiết bị. Dành cho những ứng dụng
yêu cầu việc gửi nhận thông tin hai chiều bảo mật. Trong đó mỗi đường truyền uplink sẽ

kết hợp với 2 đường downlink dung lượng nhở. Kênh truyền dẫn được sắp xếp một cách

ngẫu nhiên dựa trên nhu cầu truyền dẫn thực tế của thiết bị với độ sai lệch tương đối thấp.

GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

14

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN


CHƯƠNG 2: CÁU TRÚC MẠNG VÀ CÁC
ĐẶC TÍNH CỦA CƠNG NGHỆ MẠNG LORA

DỊ ÁN TĨT NGHIỆP

Thiết bị loại A có công suất hoạt động thấp nhất, dành cho các ứng dụng mà thông tin

truyền từ server tới thiết bị ngắn gọn, tốn ít dung lượng.

- Loại B: Nếu như với loại A, kênh truyền dẫn dành cho đường downlink được phân
bơ ngầu nhiên thì với loại B một đường downlink bô sung sẽ được mở tại một thời diêm

đã được lên lịch sẵn sau khi nhận được tín hiệu đồng bộ thời gian từ gateway. Nó cho
phép server biết được khi nào thiết bị sẵn sàng nhận thông tin. Thiết bị loại này dành cho
các ứng dụng mà máy chù cần gửi thông tin điều khiến về các thiết bị đầu cuối tại những

thời diêm nhất định.
- Thiết bị truyền dẫn hai chiều với kênh nhận dữ liệu lớn (Loại C): Với loại này,

chiều nhận dữ liệu cùa thiết bị đầu cuối gần như mở liên tục. Dành cho các ứng dụng mà
chiều nhận dừ liệu từ server về là chính.
Hầu hết các thiết bị ngoại vi này có thể được trang bị các loại cảm biến kỹ thuật số

I2C khác nhau, cpu Cortex-M3, và phần mềm được viết bằng c như là một khối mã
nguyên khối, được lập trình và nạp vào bộ nhớ của thiết bị. Bởi phục vụ cho các mục

đích hoạt động khác nhau nên thời gian sử dụng và công suất tiêu thụ cúa từng loại thiết

bị cũng tùy thuộc vào từng thiết bị, do đó tuối thọ của pin dùng cho từng loại cũng khác
nhau. Thiết bị loại c tiêu thụ nhiều năng lượng nhất, trong khi thiết bị loại A lại tốn ít

năng lượng nhất và có ti thọ pin cao nhất. Tính tới thời điềm hiện tại, các thiết bị loại

A và B đã được cung cấp ra ngồi thị trường cịn thiết bị loại c vần đang trong quá trình

dự thảo.

Cấu trúc vật lý của cả 3 loại thiết bị này là tương tự nhau. Giao tiếp giữa các thiết bị

đầu cuối và gateway bắt đầu bằng một thủ tục đế tham gia vào mạng có thê xảy ra trên
nhiều kênh tần số (ví dụ ở EU863-870 ISM Band có 3 kênh 125 kHz phải được hỗ trợ bởi
tất cả các thiết bị đầu cuối và 3 kênh 125 kHz bố sung). Mỗi frame được truyền đi với

một Factor Spread (SF) cụ thể, được tính bàng SF = log2 (Rc / Rs), trong đó Rs là tốc độ

baud (bit/s) và Rc là tốc độ chip. Có sự cân bằng giữa tốc độ truyền đi với khoáng cách

giao tiếp. Các SF càng cao (nghĩa là việc truyền chậm hơn) thì khoảng cách truyền nhận

càng lớn. Các mã được sử dụng trong các SF khác nhau là trực giao. Điều này có nghĩa là

nhiều khung có thế được trao đối trong mạng cùng một lúc, miễn là mồi một gói được gửi
GVHD: TS. NGUYỄN HOÀI GIANG

15

SVTH: VŨ QUỐC HOÀN