Giới thiệu Lora
Lora là công nghệ truyền không dây công suất thấp nhưng có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên đến hàng kilomet (km) mà không cần các thiết bị khuếch đại công suất.
LoRa có thể được áp dụng trong các ứng dụng thu thập dữ liệu môi trường, trong đó mỗi điểm thu thập gọi là node. Node gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách xa hàng km và có thể hoạt động với nguồn pin trong thời gian dài trước khi cần thay thế hoặc nạp lại.
Lora được biết đến rộng rãi từ 2012, tuy nhiên đến giai đoạn hiện nay ở Việt nam Lora vẫn còn ít dự án sử dụng vì nhiều nguyên nhân, trong đó giá thành thiết bị và giới hạn tốc độ truyền dẫn cũng như độ trễ cao nên Lora chỉ được sử dụng trong các dự án về giám sát môi trường, dự án về nông nghiệp thông minh.
Bảng so sánh tốc độ truyền, độ tiêu thụ năng lượng giữa Bluetooth, Zigbee, Wifi và Lora
Lora có thể ứng dụng để tạo mạng truyền thông bằng cách truyền điểm- nối – điểm (point-to-point) giữa các node với nhau hoặc truyền qua node trung tâm – node gateway (trong mô hình LoraWAN). Phần giới thiệu tiếp theo theo chúng tôi ứng dụng Lora theo hướng tiếp cận khác, mạng Lora mesh.
Mạng Lora mesh
Trong mạng Lora mesh, mỗi node sẽ liên lạc với các node khác nếu nằm trong vùng phủ sóng của nó hoặc thông qua node(s) trung gian. Ví dụ, nếu node1 muốn liên lạc với node2 mà node2 không nằm trong vùng phủ sóng của node1 nhưng cả node1 và node2 đều nằm trong vùng phủ sóng với node3 thì cách trao đổi giữa node1 và node2 sẽ thực hiện thông qua node3. Node3 gọi là relay node – node chuyển tiếp, hay node trung gian.
Relay node: đây là tính năng đặc biệt trong mạng Lora mesh, node ngoài việc gửi/nhận nội dung được gửi đến chính nó còn phải thực hiện chuyển tiếp các nội dung chuyển “quá giang” qua.
Node1 gửi nội dung cho Node2, đường đi của nội dung là từ Node1 qua Node3 rồi đến Node2.
Một điểm chuyển tiếp trung gian gọi là 1 hop mạng. Truyền thông không dây Lora có thể giúp truyền nội dung đi xa hơn giữa các node với nhau bằng cách thông qua một hoặc nhiều relay node.
Ứng dụng Lora mesh trong giám sát IoT
- Dự án sẽ sử dụng các board mạch phát triển ESP32 Lora giá rẻ sẵn có trên thị trường ví dụ dòng Lora32 của TTGO hoặc Heltec Lora để làm Node. Các node này kết nối bằng sóng Lora với nhau để tạo thành một mạng Lora Mesh.
- Có một Node đặc biệt (gọi node gateway) sử dụng sóng wifi để kết nối đến dashboard quản lý dữ liệu, dữ liệu thu thập từ các node gửi về dashboard thông qua node gateway này.
- Dashboard domoticz chạy trên Domo router sử dụng giao diện web để quản lý và điều khiển.
- Dữ liệu trên các node sẽ truyền về node gateway để tích hợp vào dashboard domoticz qua giao thức MQTT.
Gắn cảm biến cho Node
Các Node trong giải pháp mạng Lora Mesh sử dụng board mạch phát triển dựa trên vi điều khiển ESP32 có nhiều chân kết nối GPIO hỗ trợ chuẩn từ ADC, I2C, SPI, UART,… nên rất thuận lợi để gắn cảm biến/relay tùy theo nhu cầu của dự án. Đặc biệt ESP32 còn hỗ trợ Bluetooth nên có thể sử dụng để kết nối Node với các loại cảm biến giao tiếp BLE 4.0 (không dây tiết kiệm năng lượng).
Một số đặc điểm của mạng Lora Mesh
- Mỗi mạng Lora Mesh được xác định bằng một số hiệu mạng gọi là NetID. Để mở rộng mạng ta có thể tạo nhiều NetID độc lập khác nhau, NetID hỗ trợ từ 0-255. Các Node có cùng NetID thì sẽ nhìn thấy và liên lạc được với nhau.
- Mỗi Node trong cùng một mạng Lora Mesh sẽ có NodeID khác nhau, NodeID đánh số từ 1 đến 15 (số Node mà một NetID hỗ trợ nhiều nhất là 15).
- Mỗi Node có một NodeName tùy chọn để giúp quản trị Node dễ dàng hơn.
- Để hạn chế độ trễ, số lần chuyển tiếp nội dung qua relay node tối đa là 2 hop.
Các thông số NetID, NodeID, NodeName, chỉ định NodeGateway sẽ phải được cài đặt vào Node khi thực hiện cấu hình, lắp đặt.
