Phân tích và đánh giá hiệu năng mạng vô tuyến công suất thấp cự ly xa LPWAN (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

PHÍ THỊ THU

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG VÔ TUYẾN CÔNG SUẤT
THẤP CỰ LY XA LPWAN

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
Mã số: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – NĂM 2017


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Thủy
(Ghi rõ học hàm, học vị)

Phản biện 1: ……………………………………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………………………………..

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu
chính Viễn thông
Vào lúc:

....... giờ ....... ngày ....... tháng ........ năm ...............

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


1

MỞ ĐẦU
Cách đây một vài năm người ta đang nói về Internet of Things sẽ thay đổi thế giới
như thế nào. Nhưng tầm nhìn về việc kết nối hàng tỷ thiết bị có những thử thách nhất định.
Các mạng không dây hiện tại như Bluetooth, Bluetooth Low Energy, WiFi và ZigBee hiện
tại chỉ thích hợp cho những ứng dụng cự ly ngắn. Mạng di động cũng không phù hợp sử
dụng để truyền thông kết nối từ xa machine-to-machine vì quá tốn năng lượng. Hơn nữa,
các loại công nghệ nêu trên đều rất đắt đỏ về phần cứng và dịch vụ.
Điểm quan trọng của ứng dụng IoT yêu cầu chỉ truyền dữ liệu tốc độ thấp, sử dụng
cho thu thập dữ liệu và giám sát đối với các thiết bị đầu cuối IoT ở cự ly xa, không tập
trung, hoạt động dài ngày ở những nơi không được cấp điện lưới. Hệ thống mạng di động
thì không phù hợp với vấn đề năng lượng pin và hiệu quả kinh tế khi gửi ít dữ liệu đi. Vì
vậy, Low Power Wide Area Network (LPWAN) được đưa ra cho những ứng dụng này.
LPWAN thích hợp cho việc gửi một lượng nhỏ dữ liệu với khoảng cách xa, trong khi thời
lượng pin dài.
Từ những lý do trên, đề tài nghiên cứu của luận văn được chọn là “ Phân tích và
đánh giá hiệu năng mạng vô tuyến công suất thấp cự ly xa LPWAN”.
Nội dung luận văn gồm:
Chƣơng 1: Giới thiệu công nghệ trong mạng IoT
Chương 2: Mạng LPWAN và kỹ thuật LoRa
Chƣơng 3: Phân tích và đánh giá hiệu năng mạng LoRaWAN
Trong quá trình thực hiện đề tài, người thực hiện có những hạn chế về khả năng và
còn nhiều sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè.

2

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TRONG MẠNG IOT
1.1 Tổng quan IoT
1.1.1 Tiêu chuẩn hình thành IoT
Dựa theo tầm nhìn tương lai về IoT theo các khái niệm chính, công nghê và tiêu
chuẩn, sự xuất hiện các mô hình IoT là kết quả sự hội tụ 3 vấn đề chính:
“Things oriented” bao gồm như: thẻ Radio-Frequency Identification (RFID), điều
khoản cơ bản xây dựng tạo tiền để phát triển IoT, công nghệ mạng cảm biến không dây,
UID…
“Internet oriented” định hướng về kết nối: để phù hợp với việc chạy thiết bị giao tiếp
nhỏ gọn, hoạt động dựa trên pin các thiết bị nhúng. Chẳng hạn kết hợp IEEE 802.15.4 vào
kiển trúc IP, truyền dữ liệu qua 6LowPAN.
“Semantic oriented” định hướng ngữ nghĩa: trong bối cảnh mà các rất nhiều các thiết
bị đại diện cho lưu trữ, kết nối, tìm kiếm tổ chức thông tin được tạo ra sẽ rất khó quản lý.
Như vậy cần hình thành môi trường ngữ nghĩ phù hợp với phát triển cơ sở hạ tầng và thông
tin liên lạc trong IoT

1.1.2 Tình hình phát triển IoT hiện nay
IoT – Xu hướng của thế giới
Theo báo cáo Ericsson Mobility Report, tới năm 2021, dự kiến sẽ có 28 tỉ thiết bị kết
nối trong đó có 15 tỉ thiết bị kết nối IoT bao gồm thiết bị M2M như đồng hồ đo thông minh,
cảm biến trên đường, địa điểm bán lẻ, các thiết bị điện tử tiêu dùng như ti vi, đầu DVR, thiết
bị đeo. 13 tỉ còn lại là điện thoại di động, máy tính xách tay PC, máy tính bảng… IDC dự
kiến năm 2019, toàn cầu sẽ chi 1.300 tỉ đô la Mỹ cho IoT. Tới năm 2020, theo dự đoán của
Gartner thì giá trị gia tăng do IoT mang lại sẽ là 1.900 tỉ đô la Mỹ.
IoT tại Việt Nam
Việt Nam đang bước vào cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và IoT là chìa khóa đầu
tiên để mở ra cánh cửa đó. Các doanh nghiệp Việt Nam sẽ là những đối tượng hàng đầu áp
dụng giải pháp IoT. Họ nhận ra có 3 cách mà IoT giúp họ cải thiện kinh doanh. Thứ nhất là

IoT giúp giảm chi phí vận hành, thứ hai tăng năng suất và thứ 3 là mở rộng sang các thị
trường mới hoặc phát triển sản phẩm mới. Bộ Thông tin và Truyền thông là đơn vị khởi
xướng, đi đầu, là lượng lượng n ng cốt tạo tiền đề cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 mà
Chính phủ đ đề ra.


3

1.2 Mô hình trong IoT
1.2.1 Mô hình mạng không dây
Có thể nói hiện tại chúng ta có 3 mô hình mạng không dây như sau:
Cellular network (GSM hoặc LTE network): là mô hình truyền dữ liệu sử dụng trên
điện thoại mà chúng ta vẫn sử dụng hằng ngày.
LAN network (Wifi, Bluetooth, Zigbee hoặc Z-wave): được sử dụng rộng rãi trong
các mạng LAN (Local Area Network hoặc Personal Area Network).
LPWAN network (SigFox, LoRa, NB-Fi, RPMA): là mô hình được phát triển sau 2
mô hình network ở trên để cho phép các thiết bị dùng pin có thể truyền dữ liệu với khoảng
cách xa mà không tốn nhiều năng lượng.

1.2.2 Mô hình tham chiếu IoT
-

Trên cùng là tầng định hướng ứng dụng.

-

Sau đó tầng 2 sẽ chia thành các ứng dụng cụ thể như quản lý sự kiện, quản lý việc
làm, quản lý dữ liệu thu về, API … việc chia này chưa thực hiện việc xử lý quản lý
mà thực chất chỉ là lớp base mô tả cấu trúc và các công việc quản lý.

-

Tầng 3 sẽ đi vào việc xử lý trực tiếp các quản lý đ phân cở tầng 2.

-

Tầng 4 – tầng kết nối mọi hành động xác thực, giao vận, kết nối trung gian giữa thiết
bị và hệ thống sẽ qua tâng này.

-

Tầng 5 – Things đây là tầng của các thiết bị khác nhau, các cảm biến môi trường.

1.3 Kỹ thuật trong IoT
1.3.1 Các công nghệ trong IoT
Bluetooth
Bluetooth là lý tưởng cho việc truyền dữ liệu tầm ngắn giữa các thiết bị hỗ trợ
Bluetooth như điện thoại thông minh và máy tính xách tay. Nó hoạt động trong băng tần
2.4GHz của phổ radio. Phạm vi từ 1 đến 100 mét. Tốc độ dữ liệu điển hình là 1 Mbps và tốc
độ này có thể khác nhau tùy thuộc vào phiên bản Bluetooth được sử dụng.
ZigBee và Z-Wave
Cả ZigBee và Z-Wave đều lý tưởng cho việc truyền dữ liệu với tốc độ thấp, và khả
năng kết nối kiểu mạng lưới của chúng có thể mở rộng khoảng cách truyền nếu cần thiết. Cả
hai giao thức đều lý tưởng cho các mạng sử dụng trong gia đình, đang ngày càng trở nên
phổ biến ở Hoa Kỳ. ZigBee hoạt động ở dải 2.4GHz.0. Z-Wave sử dụng phần tần số
900MHz.


4
RFID

RFID hoạt động trong dải tần số 120kHz đến 2.45GHz, có tầm hoạt động từ 0.5 đến
100 mét, và truyền dữ liệu từ 4 đến 424 kbps, tùy thuộc vào loại RFID được sử dụng. Các
ứng dụng công nghệ này đa dạng và tùy biến.
Wifi
Wi-Fi đ trở thành một công nghệ truyền dẫn không dây thống trị thị trường. Tiêu
chuẩn phổ biến nhất được sử dụng trong nhà ở và doanh nghiệp hiện nay là 802.11n, hoạt
động trong dải tần 2.4GHz và 5GHz của phổ vô tuyến. Tầm truyền dữ liệu khoảng 50 mét,
và tốc độ dữ liệu thường là 150 đến 200 Mbps.
ULE
ULE, hoặc Ultra Low Energy, là một tiêu chuẩn truyền thông không dây cho phép
các thiết bị ULE – cảm biến, điều khiển từ xa, bộ truyền động và đồng hồ đo thông minh –
hoạt động bằng pin trong một khoảng thời gian dài. Các ứng dụng chính bao gồm tự động
hóa nhà ở, an ninh gia đình và kiểm soát khí hậu.
EnOcean
EnOcean xác định rằng các thiết bị không dùng pin và hoạt động trên “thu hoạch
năng lượng”, dựa trên chuyển động cơ học và các tiềm năng khác từ môi trường, chẳng hạn
như ánh sáng trong nhà và nhiệt độ khác nhau. Nhưng cũng vì điều này, dữ liệu được truyền
bởi các thiết bị là rất nhỏ, thường chỉ là 14 byte.
Sigfox, Neul, và LoRaWAN
Đây là những công nghệ tầm xa, thấp hơn về chi phí và điện năng tiêu thụ so với WiFi và sóng di động 3G/4G. Sigfox có phạm vi từ 3 đến 50 km với tốc độ truyền dữ liệu từ 10
đến 1.000 bit /s. Các mạng Sigfox hiện đang được triển khai tại các thành phố lớn trên khắp
châu Âu, bao gồm 10 thành phố ở Anh Neul có phạm vi 10 km với tốc độ dữ liệu từ vài bit
mỗi giây đến 100 kbps. LoRaWAN truyền dữ liệu từ 0,3 đến 50 kbps trên một khoảng cách
lên đến 40 km

1.3.2 Hỗ trợ nhiều loại kết nối
IoT hỗ trợ rất nhiều loại kết nối như trong hình 3 đó là: Bluetooth, Wifi, ZigBee,
6LowPAN, RFID, LPWAN, 3GPP. Với mỗi chuẩn đều có những đặc điểm khác nhau về
bảo mật, độ trễ, tính di động, khoảng cách truyền, năng lượng tiêu thụ, tuổi tho pin, tốc độ
dữ liệu tối đa là rất khác nhau.

1.4 Khả năng định danh và bảo mật


5

1.4.1 Khả năng định danh
Điểm quan trọng của IoT đó là các đối tượng phải có thể được nhận biết và định
dạng. Nếu mọi đội tượng, kể cả con người, được "đánh dấu" để phân biệt bản thân đối tượng
đó với những thứ xung quanh thì chúng ta có thể hoàn toàn quản lí được nó thông qua máy
tính.

1.4.2 Bảo mật trong IoT
Đối với mục đích của mô hình tham chiếu IoT, các biện phát bảo mật cần phải:
 Bảo mật cho mỗi thiết bị hoặc hệ thống.
 Cung cấp bảo mật cho tất cả các tiến trình ở mỗi lớp.
 Bảo mật di chuyên và truyền thông giữa mỗi lớp.

1.5 Ứng dụng trong IoT
1.5.1 Ứng dụng trong lĩnh vực vận tải
1.5.2 Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp
1.5.3 Ứng dụng trong nhà thông minh
1.5.4 Ứng dụng trong quản lý hạ tầng
1.5.4 Ứng dụng trong y tế
1.5.4 Ứng dụng trong lưới điện thông minh
1.6 Thách thức – Khó khăn trong sự phát triển
1.6.1 Chưa có một ngôn ngữ chung
1.6.2 Hàng rào subnetwork
1.6.3 Có quá nhiều "ngôn ngữ địa phương"
1.6.4 Tiền và chi phí

1.7. Tổng kết chƣơng 1
IoT có tiềm năng để thay đổi thế giới dựa trên nền tảng Internet đang làm. IoT đ cho
phép thông tin được chia sẻ và quyết định được thực hiện mà không cần sự can thiệp nhiều
của con người. Nó đ cho phép tiết kiệm rất lớn về nguồn lực vật chất, thời gian và nguồn
lực con người. Người dùng có thể kiểm soát đồ vật của minh qua một thiết bị thông minh
như laptop, table PC hay smatphone. Internet of Things ra đời đang dần cụ thể hóa các bộ
phim khoa học viễn tưởng thành hiện thực trong đời sống. Internet of Things ngày này đang
phát triển một cách vô cùng mạnh mẽ.


6

CHƢƠNG 2: MẠNG LPWAN VÀ KỸ THUẬT LORA
2.1

Giới thiệu mạng LPWAN
LPWAN là mạng diện rộng không dây, chuyên để kết nối các thiết bị với kết nối

băng thông thấp, tập trung vào hiệu quả về vùng phủ và điện năng. Sự thành công của công
nghệ LPWAN nằm ở việc cung cấp các kết nối công suất thấp với số lượng thiết bị lớn phân
bổ trên khu vực rộng với chi phí thấp.
Mục tiêu chính của công nghệ LPWAN là đạt được tầm phủ xa với mức tiêu hao
năng lượng và chi phí thấp mà không giống như các công nghệ khác yêu cầu tốc độ dữ liệu
cao, độ trễ thấp và phải có độ tin cậy cao. Tốc độ dữ liệu thấp, thấp hơn 5000 bít trên một
giây. Thường chỉ 20-256 bytes trên một bản tin được gửi đi một vài lần trong một ngày.
Công suất tiêu thụ cũng phải thấp để kéo dài thời gian sống của pin, thường là từ 5 đến 10
năm.

2.1.1 Phân loại LPWAN
Sigfox là một công nghệ không cần cấp phép được triển khai rộng rãi nhất hiện nay.

Nó hoạt động trong dải tần 868MHz hoặc 902MHz, công nghệ siêu băng hẹo cho phép một
nhà khai thác mạng duy nhất trên mỗi quốc gia. Mặc dù có thể truyền bản tin với khoảng
cách 30 – 50km trong môi trường nông thông và 3-10km trong môi trường thành thị nhưng
kích thước gói tin bị giới hạn 150 tin nhắn của 12byte trong mỗi ngày. Các gói dữ liệu
đường xuống còn nhỏ hơn, giới hạn là 4 bản tin có 8 byte trong một ngày.
Truy cập đa pha ngẫu nhiên hay RPMA là một dạng LPWAN độc quyền từ Ingenu
Inc. Mặc dù vùng phủ ngắn hơn (lên tới 50km với LOS, và 5-10km với NLOS) nhưng nó có
khả năng truyền dẫn hai chiều tốt hơn Sigfox. Tuy nhiên do nó hoạt động ở băng tần
2.4GHz nên dễ bị nhiễu với WIFI, Bluetooth. Thường tiêu thụ công suất cao hơn các mạng
LPWAN khác.
LoRaWAN là một dạng LPWAN không cần cấp phép theo tiêu chuẩn của LoRa
Alliance, truyền dẫn ở một vài băng tần con GHz giúp ít bị nhiễu. LoRa sử dụng điều chế
trải phổ chip (CSS) cho phép người dùng định nghĩa các gói tin. Mặc dù là mã nguồn mở,
nhưng chíp thu phát chỉ có sẵn từ công ty Semtech. LoRaWAN là giao thức lớp MAC – lớp
quản lý truyền dẫn giữa thiết bị LPWAN và GW.
Weightless SIG là một bộ chuẩn công nghệ không dây mở LPWAN để trao đổi dữ
liệu giữa một trạm cơ sở và hàng ngàn thiết bị xung quanh nó. Hiện tại có ba tiêu chuẩn kết
nối Weightless công cộng là Weightless-P, Weightless-N và Weightless-W. Weightless -N


7
chỉ là một đường lên, công nghệ băng tần cực hẹp hoạt động trong dải tần không cần cấp
phép 1GHz trong băng tần ISM. Tại châu Âu, nó hoạt động dải tần số 868 MHz, ở Bắc Mỹ
915MHz. Weightless-W là mạng diện rộng công suất thấp được thiết kế để vận hành trong
khoảng trắng TV. Weightless -P là trọng tâm chính của Weightless SIG vì nó là một công
nghệ hai băng tần hẹp, có thể hoạt động ở cả tần số giấy phép và không có giấy phép.
Weightless –N và Weightless –P thường được sử dụng phổ biến hơn Weightless-W do tuổi
thọ pin của Weightless-W ngắn hơn.
IoT băng hẹp (Narrowband-IoT: NB-IoT) và LTE-M là các tiêu chuẩn của 3GPP
hoạt động trên dải tần được cấp phép. NB-IoT hoạt động trên cơ sở hạ tần của LTE hiện có

và GSM. Nó cung cấp tốc độ đường lên và đường xuống khaongr 200Kbps và chỉ sử dụng
băng thông có sẵn là 200kHz. LTE-M cung cấp băng thông cao hơn NB-IoT và có băng
thông cao nhất trong các công nghệ của LPWAN.
Các công nghệ LPWAN khác

2.1.2 Các ứng dụng của LPWAN

Hình 2.2: Các ứng dụng của LPWAN trong đời sống

2.1.3 Bảo mật trong LPWAN
Các công nghệ LPWANN khác nhau cung cấp các mức độ khác nhau. Hầu hết đều
bao gồm việc xác thực thiết bị hoặc thuê bao, xác thực mạng, bảo vệ danh tính, mã hóa tiêu
chuẩn tiên tiến (AES), bảo mật tin nhắn.

2.1.4 Giá thành


8
LPWAN sử dụng các kết nối hình sao (thay hình lưới), các giao thức MAC đơn giản
và các kỹ thuật giảm độ phức tạp cho thiết bị đầu cuối giúp các nhà sản xuất thiết kế các
thiết bị đơn giản và chi phí thấp. Một số kỹ thuật đó là: Giảm phức tạp phần cứng, cơ sở hạ
tầng nhỏ và sử dụng băng tần miễn phí hoặc thuộc quyền sở hữu

2.1.5 Khả năng mở rộng
Hỗ trợ lớn thiết bị truyền tải với lưu lượng thấp là một trong những yêu cầu chính đối
với công nghệ LPWAN. LPWAN hoạt động tốt với số lượng và mật độ thiết bị kết nối ngày
càng tăng. Một số kỹ thuật được đề xuất để tăng khả năng mở rộng mạng là:
-

Kỹ thuật phân tập

-

Dùng nhiều trạm gốc

-

Lựa chọn kênh truyền và tốc độ dữ liệu thích hợp:

2.1.6 Chất lượng dịch vụ QoS
LPWAN đang ngày càng thay đổi để đáp ứng được các yêu cầu cần thiết. Tuy nhiên
tính đến thời điểm hiện tại, LPWAN vẫn đang bị giới hạn về QoS.

2.2. Tổng quan về LoRaWAN
2.2.1 LoRa – Giải pháp cho triển khai IoT
LoRa là một công nghệ không dây được phát triển để cho phép truyền tốc độ dữ liệu
thấp trên một khoảng cách lớn bởi các cảm biến và bộ truyền động cho M2M và IoT
(Internet of Things) cũng như các ứng dụng IoT. LoRa hướng tới các kết nối M2M ở
khoảng cách lớn. Nó có thể hỗ trợ liên lạc ở khoảng cách lên tới 15 – 20 km, với hàng triệu
node mạng. Nó có thể hoạt động trên băng tần không phải cấp phép, với tốc độ thấp từ
0,3kbps đến khoảng 30kbps. Với đặc tính này, mạng LoRa phù hợp với các thiết bị thông
minh trao đổi dữ liệu ở mức thấp nhưng duy trì trong một thời gian dài. Thực tế các thiết bị
LoRa có thể duy trì kết nối và chia sẻ dữ liệu trong thời gian lên đến 10 năm chỉ với năng
lượng pin.
Một mạng LoRa có thể cung cấp vùng phù sóng tương tự như của một mạng di động.
Trong một số trường hợp, các anten Lora có thể được kết hợp với ăng-ten di động khi các
tần số là gần nhau, do đó giúp tiết kiệm đáng kể chi phí. Công nghệ không dây LoRa là
được đánh giá là lý tưởng để sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm: định lượng
thông minh, theo dõi hàng tồn kho, giám sát lữu liệu của máy bán hàng tự động, ngành công
nghiệp ô tô, các ứng dụng tiện ích... nói chung là trong bất cứ lĩnh vực nào mà cần báo cáo

và kiểm soát dữ liệu.


9

2.2.2 Ưu, nhược điểm mạng LoRaWAN
 Ƣu điểm
-

Sử dụng băng tần ISM 868MHz / 915MHz sẵn có trên toàn thế giới.

-

Vùng phủ rất rộng khoảng 5km trong khu vực nội thành và 15 km nông thôn.

-

Sử dụng công suất thấp nên tuổi thọ của pin kéo dài.

-

Một GW của LoRa có thể phục vụ được 1000 thiết bị đầu cuối hoặc trạm.

-

Dễ dàng triển khai do cấu trúc đơn giản (được đưa ra trong phần 2……).

-

Sử dụng kỹ thuật ADR để thay đổi tốc độ dữ liệu đầu ra của thiết bị đầu cuối .

-

Được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng M2M/ IoT.

-

Lớp vật lý sử dụng kỹ thuật điều chế chíp trải phổ :có thể sử dụng để khuếch đại
công suất có chi phí thấp cà công suất thấp với hiệu quả cao.

-

LoRaWAN hỗ trợ ba loại thiết bị khác nhau: Lớp A, lớp C và lớp C.

 Nhƣợc điểm
-

Tốc độ dữ liệu cho các ứng dụng thấp (tối đa khoảng 27 kbps).

-

Kích thước mạng LoRaWAN bị giới hạn bởi tham số gọi là chu kỳ nhiệm vụ (chu kỳ
nhiệm vụ được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm thời gian trong suốt quá trình kênh bị
chiếm). Tham số này phát sinh từ quy định về hệ số giới hạn chủ yếu cho lưu lượng
phục vụ trong mạng LoRaWAN.

-

Không lý tưởng khi dùng cho mạng yêu cầu về độ trễ thấp và giới hạn jitter.

2.2.3 Băng tần
LoRaWAN hoạt động trong dải ISM được cấp miễn phí. Chuẩn băng tần ISM được
dành cho bằng tần vô tuyến ngành công nghiệp, khoa học và y tế. Tại Mỹ sử dụng băng
902-928MHz, Châu Âu là 868 MHz.

2.2.4 Kiến trúc mạng điển hình


10
Hình 2. 1: Kiến trúc điển hình mạng LoRaWAN

2.2.5 LoRa lớp vật lý
LoRa lớp vật lý hay là điều chế không dây được sử dụng để tạo ra liên kêt truyền dẫn
với vùng phủ xa. Nhiều hệ thống không dây kế thừa sử dụng điều chế FSK như là lớp vật lý
bởi vì nó là một loại điều chế rất hiệu quả để đạt được công suất thấp. LoRa dựa trên điều
chế chip trải phổ (CSS), duy trì đặc tính công suất thấp tương tự như FSK nhưng lại làm
tăng đáng kể phạm vi truyền dẫn.
Ưu điểm của LoRa là công nghệ phủ xa. Một GW hay một trạm gốc có thể bao phủ
toàn bộ thành phố hoặc hàng trăm kilomet vuông. Phạm vi phủ sóng phụ thuộc vào môi
trường hoặc vật cản ở một vị trí nhất định nhưng LoRa và LoRaWAN có quỹ liên kết cao
hơn bất kỳ công nghệ truyền dẫn khác (theo SX1272/73) là 157dB. Quỹ liên kết được tính
bằng dB, là hệ số chính trong việc xác định độ rộng vùng phủ trong một môi trường nhất
định.

2.2.6 LoRaWAN lớp MAC
LoRa định nghĩa giao thức lớp MAC và kiến trúc hệ thống cho mạng trong khi lớp
vật lý LoRa cho phép liên kết truyền dẫn có vùng phủ xa. Giao thức và kiến trúc mạng có
ảnh hưởng nhất trong việc xác định tuổi thọ của pin của một node, của dung lượng mạng,
chất lượng dịch vụ, tính bảo mật và các ứng dụng phục vụ cho mạng. LoRaWAN là mã
nguồn mở và được tập hợp bởi tổ chứ LoRa.

Các thiết bị truyền dẫn qua LoRaWAN có ba lớp hoạt động: lớp A, B và C cho
đường xuống. Với truyền dẫn đường lên sử dụng giao thức ALOHA.

2.2.7 Khuôn dạng bản tin

Hình 2. 2: Khuôn dạng bản tin LoRa

Mào đầu (preamble): bắt đầu khung LoRa, có chức năng đồng bộ với luồng dữ liệu
đến. Dữ liệu bắt đầu với tiêu đề lớp vật lý (PHDR) chứa thông tin về độ dài của khung, tỷ lệ
m hóa được sử dụng và CRC để phát hiện và sửa lỗi.
Tiêu đề MAC (MHDR): chưa thông tin vầ loại tin nhắn
Tiêu đề khung FHDR: chứa địa chỉ thiết bị đầu cuối, bộ đếm khung và cờ để chỉ dẫn
lớp MAC.


11
Tải trọng khung FRM Payload: chứa dữ liệu ứng dụng, kích thước tối đa được quyết
định bởi tốc độ dữ liệu sử dụng.

2.2.8 Xác thực bản tin
Xác thực bản tin là một tính năng trong LoRaWAN, nhưng nó lại tốn băng thông khi
sử dụng. Khi một khung dữ liệu yêu cầu xác thực, một khung đường xuống được gửi bởi
GW cần nhất sẽ cung cấp thông tin xác thực.

2.3 Kết luận chƣơng
Chương 2 đ đưa ra các khái niệm cũng như kiến trúc mạng LPWAN. Một trong
những kỹ thuật đang phát triển trong những năm trở lại đây là LoRa. Như vậy có thể thấy
vùng phủ rộng, tiêu thụ công suất thấp và không tốn nhiều kết nối không dây là những điểm
chính trong mạng LoRaWAN cho phép thị trường kinh doanh phát triển mạnh mẽ các ứng
dụng của truyền dẫn IoT/ M2M với thông lượng thấp mà không đ i hỏi đỗ trễ thấp.

LoRaWAN là một chuẩn kết nối hứa hẹn sẽ mang lại cuộc cách mạng tương tự như việc
internet phổ biến hồi thập niên 90. Dù rằng tốc độ mang lại không cao, chỉ dành cho những
thiết bị IoT đơn giản nhưng nó sẽ giúp giá thành của nhiều thiết bị giảm xuống, giảm tải chi
phí dữ liệu phát sinh vì chỉ cần thiết bị có chip LoRaWAN là có thể kết nối vi vu vào mạng
cộng đồng tại thành phố, …


12

CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG
LoRaWAN
3.1

Điều chế LoRa [5]
Điều chế LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là chirp trải phổ CSS (Chirp Spread

Spectrum). Chirp được định nghĩa là sự biến đổi của tần số theo thời gian. Đơn vị: rad/s hay
Hz. Có thể hiểu nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo
ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc, sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục
được mã hoá theo các chuỗi tín hiệu chirp (là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo
thời gian.

3.1.1 Định lý Shannon – Hartley
Định lý này thiết lập dung lượng kênh truyền Shannon cho một liên kết truyền dẫn và
xác định tốc độ dữ liệu tối đa (thông tin) có thể truyền được trong một băng thông xác định
khi có nhiễu tạp âm :
S

C  B.log2 1  
 N

(3.1)

Với C là dung lượng kênh truyền (bít/s), B là băng thông kênh truyền (Hz), S là công
suất tín hiệu thu trung bình (W), N trung bình nhiễu hay công suất nhiễu (W) và S/N là tỷ số
nhiễu tín hiệu trên nhiễu (SNR) thể hiện dưới dạng tỷ số công suất tuyến tính.
Nếu nhiễu là nhiễu trắng một chiều, thì tổng công suất nhiễu N trong một băng thông
là B. N 0

S 
C  B.log 2 1 
B. N 0 


(3.2)

Biến đổi biểu thức (3.2) ta được
 S   N .B 

S 
C    .  0  .log2 1 
B. N 0 
 N0   S 


(3.3)

 N0 . B 



S 

 S 

S 
C
.log
1

2
B. N 0 
 N 0 


Ta có thể áp dụng định nghĩa số e theo phương trình (3.4) bởi vì B rất lớn kHz
x

 1
lim 1    e
x 
x

(3.4)


13
C 

S
S

log(e)  1.44.
N0
N0

(3.5)

Từ công thức (3.5) ta có thể thấy tốc độ truyền dữ liệu tối đa cho một hệ thống có
công suất cho trước nhưng không giới hạn băng thông.
Đối với các ứng dụng trải phổ, tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm là nhỏ vì công suất tín hiệu
thường thấp dưới mức nhiễu nền. Giả sử mức tạp âm có S/N << 1, công thức (3.2) được
biểu diễn thành
C S
N B

hay 
B N
S C

(3.6)

Từ công thức (3.6) có thể thấy rằng để truyền thông tin lỗi trên một kênh truyền có tỷ
số nhiễu trên tạp âm có định thì chỉ băng thông tín hiệu phát cần tăng lên.

3.1.2 Nguyên lý trải phổ
Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp truyền thống, pha mang thông tin của máy
phát sẽ thay đổi theo trình tự phát. Quá trình này đạt được bằng cách nhân tín hiệu mong
muốn với chuỗi trải rộng, c n được gọi là một dãy chip. Dãy chip này có tốc độ nhanh hơn
nhiều so với tín hiệu dữ liệu do đó làm rộng băng thông tín hiệu vượt quá băng thông ban
đầu.

Hình 3. 1: Quá trình điều chế/ trải rộng tín hiệu

Tại máy thu, tín hiệu mong muốn được phục hổi bằng cách nhân lại với một bản sao
được tạo ra của chuỗi trải rộng. Quá trình nhân này trong máy thu có hiệu quả nén tín hiệu
trải rộng trở lại băng thông không trải rộng như ban đầu của nó (được chỉ ra trong hình 3.2).


14
Cần lưu ý m / chuỗi chip để mã hóa trong máy phát và máy thu là giống nhau để phục hồi
thông tin.

Hình 3. 2: Quá trình giải điều chế/ giải trải phổ tín hiệu

Số lượng trải rộng đối với chuỗi trực tiếp phụ thuộc vào tỷ số chip trên bít – tỷ số
chuỗi chip với tốc độ mong muốn, được gọi là quá trình khuếch đại, thường được biểu
diễn như sau:
R 
G p  10*log10  c  (dB)
 Rb 

(3.7)

Với Rc là tốc độ chip (chip/s) và Rb là tốc độ bít (bit/s).

3.1.3 Điều chế trong LoRa
Điều chế LoRa có nguồn gốc từ chirp trải phổ CSS, hoạt động bằng cách di chuyển
xung RF xung quanh thời gian tuyến tính. Truyền dẫn LoRa hoạt động bằng các chip.
Trên hình 3.3 chúng ta có thể thấy dạng sóng của một chip tuyến tính lên và xuống
của tần số của nó theo thời gian.

15

Hình 3. 3: Một dạng sóng chip tuyến tính (trái : dạng sóng chip lên, phải : dạng sóng chip
xuống)

3.1.4 Các đặc điểm chính của điều chế LoRa

3.2

-

Băng thông có thể mở rộng

-

Công suất thấp

-

Đa đường/ chống pha đinh

-

Khả năng phủ sóng xa

-

Cải tiến dung lượng mạng

-

Phân loại/ địa phương hóa

Kỹ thuật ADR (Adaptive Data Rate)
ADR là một cơ chế tối ưu hóa tốc độ dữ liệu, thời gian sử dụng và dung lượng trong

mạng. Chỉ những node tĩnh mới nên sử dụng ADR. ADR cũng có thể dùng cho node di
động nhưng chỉ khi nó dừng lại trên một điểm cố định. Các node sẽ quyết định nên sử dụng
ADR hay không chứ không phải mạng hay các ứng dụng quyết định.
LoRaWAN cung cấp các lệnh MAC để hỗ trợ ADR. Các lệnh ADR MAC gồm
LinkADRReq và LinkADRAns cho phép máy chủ mạng thay đổi tốc độ dữ liệu, công suất
phát và cài đặt lặp lại.
Trong lớp MAC của LoRaWAN có tổng cộng bốn lệnh khác nhau cho ADR.
ADR: Đây là lệnh có độ dài 1 bít. Node đặt bít này để yêu cầu GW điều khiển tốc độ
dữ liệu
ADRACKReq: Để xác nhận mạng đang nhận thông điệp đường lên, các node sẽ gửi
bản tin ADRACKReq theo định kỳ. Đây là lệnh có độ dài 1 bít.


16
LinkADRReq: Đây là lệnh MAC dài 4 bít truyền qua mạng để yêu cầu node thay
đổi thông số truyền dẫn.
LinkADRAns: Đây là lệnh MAC có độ dài 1 bít truyền bởi node trong bản tin phản
hồi của lệnh LinkADRReq.
Sau đây ta sẽ xét cơ chế hoạt động của ADR.
Đầu tiên thiết bị đầu cuối đặt bít ADR thành “1” trong bản tin đường lên. Khi mạng
phát hiện ra nó sẽ bắt đầu thu thập SNR tối đa của tín hiệu nhận được và giữ lại 20 tín hiệu
nhận được. Nếu ADR trở thành “0” thì nó sẽ xóa bảng và thu thập lại dữ liệu nếu nó trở
thành “1”.

Sau 20 khung tín hiệu nhận được, nó sẽ tính SNRmargin bằng cách sử dụng tốc độ
dữ liệu (DR: Data rate) của bản tin nhận được cuối cùng.
SNRmargin  SNRmax  requireSNR  margin (dB)

Với SNRmax  max.SNR của 20 tín hiệu nhận được, margin mặc định bằng 10 và giá trị
requireSNR được cho trong bảng 3.1.
Bảng 3. 1: Bảng giá trị SNR theo hệ số trải phổ và tốc độ dữ liệu

SF
DR5/SF12
DR4/SF11
DR3/SF10
DR2/SF9
DR1/SF8
DR0/SF7

SNR(dB)
-20
-17.5
-15
-12.5
-10
-7.5

Khi tính được SNRmargin ta có các bước thực hiện:





N step  round SNRm arg in / 3
-

Nếu Nstep <0 thì công suất phát sẽ được tăng trong mỗi bước là 3dBm cho đến
max (công suất phát tối đa =14dBm).

-

Nếu Nstep >0 DR đầu tiên được tăng lên trong mỗi bước cho đến khi nó đạt
DR5 và sau đó công suất phát được giảm xuống cho đến khi đạt giá trị nhỏ nhất.
(công suất phát nhỏ nhất là 2dBm).

Và sau đó mạng đưa ra toàn bộ thông tin vào trong lệnh LinkADRReq MAC trong
bản tin đường xuống tiếp theo và yêu cầu node cuối thay đổi các tham số truyền dẫn


17
Tại phía node:
Khi thiết bị đầu cuối thiếu lập giá trị ADR bằng “1” nó cũng xác nhận mạng đang
nhận thông điệp đường lên. Bất cứ khi nào thiết bị đầu cuối gửi một khung nó sẽ tăng bộ
đếm khung (không cho truyền lặp lại). Bất cứ khi nào bộ đếm khung tăng lên nó cũng tăng
bộ đếm ADR_ACK_CNT. Nếu ADR_ACK_CNT đạt đến ADR_ACK_CNT_LIMIT (=64
khung cho EU) nó sẽ đặt ADRACKReq bằng bít “1” để hỏi mạng xem có nhận được các
thông điệp đường lên nữa hay không. Mạng có nghĩa vụ phải trả lời (trong bất kỳ tin nhắn
đường xuống nào) trong ADR_ACK_DELAY (=32 khung cho EU).
Ngay khi node nhận được thông báo đường xuống, nó đặt lại bộ đếm
ADR_ACK_CNT bằng “0”. Nếu thiết bị đầu cuối không nhận được thông báo đường xuống
trong khoảng thời gian ADR_ACK_DELAY nó sẽ giảm tốc độ dữ liệu xuống từng bước
một.

3.3

Tham số hệ thống

3.3.1 Hệ số trải phổ (Spreading Factor – SF)
SF xác định số lượng tín hiệu chirp khi mã hóa tín hiệu đ được điều chế tần số (chipped
signal) của dữ liệu. Ví dụ nếu SF=12 có nghĩa là 1 mức logic của tín hiệu chip đ được điều
sẽ được mã hóa bởi 12 xung tín hiệu chip.

3.3.2 Băng thông (Bandwidth – BW)
LoRa sử dụng ba BW là 125kHz, 250kHz và 500kHz. Nếu băng thông càng rộng thì
thời gian mã hóa tín hiệu càng ngắn, từ đó thời gian truyền dữ liệu cũng giảm xuống nhưng
đổi lại khoảng cách truyền cũng ngắn lại.

3.3.3 Tốc độ mã hóa (Coding Rate – CR)
CR là số lượng bít được tự thêm vào mỗi trong trọng tải của gói tin LoRa bởi LoRa
chipset để mạch nhận có thể sử dụng để phục hồi lại một số bít dữ liệu đ nhận sai và từ đó
phục hồi được nguyên vẹn dữ liệu trong tải trọng. Do đó, sử dụng CR càng cao thì khả
năng nhận dữ liệu đúng càng tăng, nhưng bù lại chip LoRa sẽ phải gửi nhiều dữ liệu hơn (có
thể làm tăng thời gian truyền dữ liệu trong không khí).

3.3.4 Độ nhạy máy thu
Giả sử độ nháy máy thu là Si tại SF=i. Độ nhạy máy thu (UL) được biểu thị trong bảng
3.3.
Bảng 3. 2: Độ nhạy GW khác nhau cho mỗi giá trị trải phổ (đƣờng lên)


18
Hệ số trải phổ
7

8
9
10
11
12

Độ nhạy [dBm]
-130.0
-132.5
-135.0
-137.5
-140.0
-142.5

3.3.5 Tốc độ bít
Giả sử ta chỉ xét một cell với các thiết bị LoRa (các thiết bị đ được cấu hình sẵn).
Xét các giá trị SF từ 7 đến 12 ở tất cả các thiết bị, có 16 kênh truyền có độ rộng 125kHz
được phân bổ cho mạng LoRa.
Tốc độ bít truyền dẫn trong một RB được xác định bởi hệ số trải phổ SF và tốc độ mã
hóa.
 4 


4  CR 
Rb ( SF , CR )  SF .
2 SF
BW

(3.8)

3.3.6 Độ trễ
Độ trễ truyền dẫn để xét khoảng thời gian mà thiết bị đầu cuối chờ được phục vụ. Giả
thiết rằng không có trễ truyền dẫn, kích thước trường tiêu đề (header) tối thiểu là 12 bytes
thì ta có công thức tính độ trễ truyền dẫn là:
 ( SF , CR, B) 

3.4

B
Rb ( SF , CR)

(3.9)

Phân tích hiệu năng mạng LPWAN bằng mô phỏng
CSS: Công nghệ băng rộng sử dụng chirp trải phổ làm điều chế, sử dụng băng thông

có thể mở rộng là 125kHz, 250kHz hoặc 500kHz. Tốc độ bít phụ thuộc vào hệ số trải phổ
(cao nhất là 48kbps với SF=6 và thấp nhất là 366bps với SF=12). Chirp trải phổ là một công
nghệ đ được biết trong lớp vật lý của LoRaWAN. Đây là chuẩn sử dụng chirp trải phổ làm
điều chế để truyền tín hiệu với khoảng cách xa trong băng 868MHz. Dựa trên băng thông, tỷ
lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) và hệ số trải phổ được chọn để truyền tín hiệu làm cho nó mạnh
hơn nhiễu. Tốc độ bít dao động từ 300bps đến 37.5kbps. [3]

3.4.1 Phương pháp đánh giá hiệu năng
3.4.1.1 Đánh giá tỷ lệ lỗi bít


19
Ta có công thức xác suất lỗi bít (BER) được biểu diễn qua giá trị Eb / N0 (SNR) năng
lượng trên mỗi bít đến tỷ lệ mật độ phổ công suất nhiễu và hàm Q(x) [2]

 log ( SF ) Eb 
Pe,CSS  Q  12
. 
N0 

2


E 
Pe,BPSK  Q  2. b 
N0 


3.4.1.2

(3.10)

(3.11)

Đánh giá vùng phủ [1]

Sử dụng kỹ thuật từ nghiên cứu của Orestis và Usman có thể tính toán các phép tính
xấp xỉ cho hiệu năng mạng LoRa bằng cách giả định tín hiệu chíp s(t) có dạng:
2

  t
 t  
2 Es
s (t ) 
cos 2 f ct    u        

Ts
 Ts   

  Ts 



(3.11)

Suy hao đường truyền g(d) là một hàm phục thuộc vào khoảng cách d(m) và được
định nghĩa là (theo công thức truyền dẫn của Friis):


  
  
(dB)
g (d )  
  log10 

 4 d 
 4 d 

(3.12)

λ là độ dài sóng mang và η là số mũ của suy hao đường truyền. Nó được giải định là
cả hai anten thu phát đều đẳng hướng (có độ lợi bằng 1).
Ảnh hưởng của bóng râm được thêm vào kênh AWGN gây ra suy hao đường truyền
dẫn tới phương sai của nhiễu là
 2  174  10.log10 ( BW)  NF dBm

(3.13)

Với BW là băng thông của tín hiệu s(t) và -174 (dBm) là nhiễu nhiệt trong một Hertz
của băng thông. Hệ số tạp âm của máy thu NF được coi có giá trị bằng 6dB.
Ta có xác suất vùng phủ được xác định là xác suất của SNR nhận được bằng hoặc
lớn hơn giá trị ngưỡng qSF
P  SNR  qSF 

(3.14)

Cho công suất phát P (W) và | h |2 : exp(1) , từ đó công thức (3.14) được viết lại thành
(sử dụng công thức 3.11 và 3.12)

  2 .qSF 
 2 .qSF 
P | h |2 

exp
 P. g (d ) 
P. g (d ) 


(3.15)

Từ công thức (3.15) ta tính được xác suất SNR của s(t) như được định nghĩa trong
(3.10). Giá trị qSF phụ thuộc vào độ nhạy của máy thu.


20

3.4.1 Kết quả mô phỏng
Phần này chỉ ra các kết qủa của mô hình trên bằng mô phỏng matlab về xác suất lỗi
bít, vùng phủ và dung lượng mạng. Mô phỏng thực hiện bởi công cụ MATLAB với các
tham số đầu vào như bảng 3.4.
Bảng 3. 3 : Tham số đầu vào

Băng thông

BW

125kHz

Độ dài mào đầu

preamble_len

8 byte

Tần số lấy mẫu

Fs

125kHz

Độ dài đồng bộ

sync_len

2 byte

Tổng số bít được truyền

total_bits

27720

trong bản tin LoRa

3.4.2.1 Tỷ kệ lỗi bít
Hình 3.7 cho hệ số trải phổ càng cao thì đường cong BER càng dốc hơn. Đối với các
hệ thống mạng không dây thông thường đ i hỏi BER phải nhỏ hơn 10-3. Tại SNR=-20dBm,
ta thấy xác suất lỗi bít BER của các hệ số trải phổ tăng dần từ SF12 đạt giá trị nhỏ nhất
(khoảng 10-5.5) và SF7 có BER lớn nhất (xấp xỉ 1). Vì vậy mà hệ số trải phổ SF12 thường
được dùng cho các thiết bị ở xa GW hoặc bị che chắc bởi tường hoặc t a nhà. SF7 thường
sử dụng cho các thiết bị gần GW.

Hình 3. 4: BER theo các giá trị SF khác nhau

Ta tiếp tục so sánh mạng LoRaWAN với mạng Sigfox là hai mạng thuộc LPWAN
thông qua hai phương pháp điều chế CSS và BPSK có giá trị SNR [-5:15]


21

Hình 3. 5: Xác suất lỗi bít của BPSK và ký hiệu CSS với băng thông 125kHz và hệ số trải phổ
SF=10 [2]

Kết quả được chỉ ra trong hình 3.8 cho thấy nếu giá trị SNR thấp thì điều chế BPSK
có xác suất lỗi bít thấp hơn, còn nếu SNR cao thì điều chế CSS tốt hơn.

3.4.2.2 Vùng phủ
Với các giá trị từ bảng 3.5 tính được xác suất trong phương trình (3.16), phạm vi so
với xác suất vùng phủ sóng cho truyền dẫn LoRa khác nhau với các hệ số trải phổ khác
nhau. Nhớ lại phương trình truyền sóng Friss trong công thức (3.12) phụ thuộc vào số mũ
của suy hao đường truyền và các giá trị này thường được đặt trong khoảng 2.4 đến 2.7.

Hình 3. 6: xác suất vùng phủ cho môi trƣờng có suy hao đƣờng truyền từ 2.4 đến 2.7 tƣơng
đƣơng với các hình (a), (b), (c), (d)

Hình 3.9 cho thấy tại một khoảng cách cho trước từ GW, khi hệ số trải phổ tăng thì
vùng phủ cũng tăng lên. Ví dụ trong hình 3.9 (a), nếu yêu cầu xác suất vùng phủ là 0.9 thì


22
SF7 chỉ phủ được khoảng 11km trong khi SF9 đ có thể phủ sóng lên đến 20km. Do đó các
hệ số trải phổ cao thường được dùng trong các trường hợp yêu cầu cự lý truyền dẫn cao mà
không đ i hỏi về tốc độ.
So sánh các hình (a), (b), (c), (d) ta thấy, khi môi trường có mức suy hao đường
truyền càng cao hay là môi trường đô thị đông đúc thì vùng phủ giảm dần theo khoảng cách.
Khoảng cách phủ sóng giảm đi gần một nửa trong các môi trường suy hao tăng dần với
cùng một điều kiện xác suất vùng phủ. Vì vậy, trong các khu vực đô thị, khoảng cách phủ
sóng thường không được rộng do có nhiều nhà cao tầng che chắn và mật độ đông đúc do đó
làm tăng mức suy hao đường truyền. Để khắc phục điều này thì giải pháp tốt nhất là lắp đặt
thêm các GW.
Khi so sánh với BPSK (kỹ thuật điều chế trong mạng Sigfox) về thông lượng của mạng cho
kết quả như hình (3.9) [2].

Hình 3. 7: Thông lƣợng của BPSK và CSS theo khoảng cách

Hình 3.10 đ chỉ ra mạng Sigfox sử dụng kỹ thuật điều chế UNB (Ultra narrowband)

sử dụng điều chế BPSK cho khoảng cách xa hơn so với LoRaWAN sử dụng kỹ thuật CSS.
Tuy nhiên thông lượng của CSS lại lớn hơn BPSK khi so sánh tại cùng một vị trí (lớn hơn
gần gấp đôi). Vì vậy mạng LoRaWAN thường được sử dụng trong các môi trường đô thị
khi chỉ yêu cầu cao về thông lượng mà không yêu cầu về vùng phủ của mỗi GW.

3.4.2.3 Dung lượng mạng
Nếu chúng ta giả sử trường hợp có 12 kênh FSK băng hẹp truyền với tốc độ bít tương
đương là 1,2kbps, sau đó ta tính toán dung lượng kênh truyền theo lý thuyết là:

CFSK  12*1.2kpbs  14.4kbps

(3.16)


23
Nếu bây giờ ta xét cùng một dải có sẵn được triển khai dưới dạng một kênh LoRa
đơn 125kHz và coi như các hệ số lan truyền trực giao, ta có dung lương kênh truyền bây giờ
sẽ là:
CLoRa  1*( SF12  SF11  SF10  SF 9  SF 8  SF 7  SF 6)

CLoRa  1*(293  537  977  1758  3125  5469  9375)  21.534 kbps

(3.17)

Do đó có thể thấy rằng việc triển khai điều chế LoRa cung cấp tổng cộng dung lượng kênh
truyền là 21.5kbps. Đây là sự gia tăng dung lượng kênh lên gần 50% so với FSK.

3.5

Kết luận chƣơng

Chương 3 đ giới thiệu các kỹ thuật chính trong mạng LoRa là kỹ thuật điều chế chip

trải phổ CSS và kỹ thuật ADR tối ưu tốc độ dữ liệu và thời gian trong mạng. Từ các kết quả
có được, ta có thể thấy LoRa là kỹ thuật có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các mạng di động
và wifi trong việc cung cấp các kết nối M2M khoảng cách lớn. LoRaWAN sử dụng điều chế
CSS cho xác suất thấp trong môi trường có nhiễu tạp âm cao, có thông lượng và dung lượng
mạng cao hơn so với các mạng trong LPWAN. Từ các kết quả đó ta có thể đưa ra các
khuyến nghị để đưa vào triển khai mạng LoRaWAN theo đặc điểm cho từng vùng địa lý
khác nhau.