Mạng công nghiệp LoRaWAN cho thành phố Đà Nẵng: Giải pháp cho ứng dụng IoT tầm xa tiêu thụ năng lượng thấp

Bài viết Mạng công nghiệp LoRaWAN cho thành phố Đà Nẵng: Giải pháp cho ứng dụng IoT tầm xa tiêu thụ năng lượng thấp đề xuất mô hình mạng thông tin LoRaWAN công suất thấp cho những ứng dụng IoT với khoảng cách truyền tin xa và đánh giá mức độ phủ sóng LoRa tại thành phố Đà Nẵng với hai IoT LoRaWAN Gateway công nghiệp và các gateway khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạng công nghiệp LoRaWAN cho thành phố Đà Nẵng: Giải pháp cho ứng dụng IoT tầm xa tiêu thụ năng lượng thấp ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 18, NO. 1, 2020 7 MẠNG CÔNG NGHIỆP LORAWAN CHO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG: GIẢI PHÁP CHO ỨNG DỤNG IoT TẦM XA TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG THẤP DESIGNING AN INDUSTRIAL LORAWAN NETWORK FOR DANANG CITY: SOLUTION TO LONG-RANGE AND LOW-POWER IoT APPLICATION Ngô Đình Thanh1, Fabien Ferrero2, Lê Công Vĩnh Khải3, Nguyễn Huỳnh Nhật Thương3, Phạm Văn Tuấn1, Lê Quốc Huy1 1 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; ndthanh@dut.udn.vn 2 LEAT Universite Cote d’Azur, LEAT, CNRS; Fabien.ferrero@unice.fr 3 Công ty TNHH Tapit; nhnthuong@dut.udn.vn Tóm tắt - Sự phát triển các ứng dụng IoT nhanh như vũ bão về mặt Abstract - The development of IoT applications is lightning-fast in công nghệ và giải pháp trong tất cả lĩnh vực của đời sống. Chính cơ terms of technology and solutions in all areas of life. This brings both hội này đòi hỏi các thiết bị IoT phải tiêu thụ năng lượng thấp đồng opportunity and challenges for IoT application which require IoT thời có khả năng trao đổi dữ liệu ở khoảng cách xa. LoRa (Long devices to consume low energy and be able to exchange data with Range) là chuẩn truyền thông không dây mới trong những năm gần long distance. LoRa (Long Range) is the new wireless đây giải quyết được thách thức trên. Mặc dù, mạng LoRaWAN công communication standard in recent years to address these nghiệp cho thấy khả năng nổi trội trong truyền dữ liệu xa, tín hiệu challenges. Although, the industrial LoRaWAN network shows its sóng LoRa vẫn bị suy giảm trong thực tế bởi khoảng cách truyền, outstanding ability in long range data transmission, the LoRa signal tòa nhà, cây cối và nhiễu bởi các nguồn sóng radio khác. Trong bài is still practically attenuated by the transmission distance, buildings, báo này, chúng tôi đề xuất mô hình mạng thông tin LoRaWAN công trees and other radio signal sources. In this paper, we propose a low- suất thấp cho những ứng dụng IoT với khoảng cách truyền tin xa và power LoRa information network model for IoT applications with đánh giá mức độ phủ sóng LoRa tại thành phố Đà Nẵng với hai IoT long-distance transmission and assess LoRa coverage in Da Nang LoRaWAN Gateway công nghiệp và các gateway khác. City with two industrial IoT LoRaWAN Gateways and other gateways. Từ khóa - Internet vạn vật; LoRaWAN; mức độ phủ sóng; truyền Key words - Internet of Things; LoRaWAN; range of coverage; thông tầm xa; truyền thông công suất thấp; quản lý năng lượng long-range communication; Low-Power communication; power management 1. Giới thiệu phổ biến thuộc LPWANs [2]. LoRaWAN bao gồm giao thức Những năm gần đây, Internet of Things (IoT) là công truyền thông được định nghĩa bởi liên minh LoRa, hoạt động nghệ tiềm năng nổi bật trong cuộc cách mạng công nghiệp trên lớp vật lý LoRa và các băng tần cấp miễn phí. 4.0. Các ứng dụng IoT xuất hiện khắp nơi trong tất cả các Chính vì thế, mạng LoRaWAN nhận được sự quan tâm lĩnh vực từ công nghiệp đến nông nghiệp, nhà thông minh, của nhiều nhà khoa học, viện nghiên cứu [2] … trên khắp trường học thông minh, thành phố thông minh. Theo dự thế giới. đoán của Cisco [1], đến năm 2020 có đến trên hàng tỉ thiết Việc nghiên cứu tính toán, mô phỏng mạng LoRaWAN bị thông minh kết nối Internet đóng góp then chốt cho nền đã được những thành tựu nhất định, khẳng định vị thế vai kinh tế toàn cầu. Sự bùng nổ công nghệ IoT sẽ tiếp tục tăng trò mạng LoRaWAN trong những ứng dụng IoT tầm xa [2], nhanh chóng theo hàm mũ trong thời gian sắp đến cùng với [3], [4]. Trong bài báo [4], tác giả có đề xuất mạng LoRa dữ liệu lớn (Big Data) và vấn đề tiêu thụ năng lượng đối với các gateway trong nhà nên khoảng cách truyền dữ liệu với các thiết bị IoT. Ngày nay, nhiều ứng dụng IoT đòi hỏi hạn chế trong bán kính phủ sóng LoRa khoảng 1km. Tuy thu thập dữ liệu ở khoảng cách xa, tiêu thụ năng lượng thấp. nhiên, để đánh giá tính khả thi khi triển khai thực tế mô Các thiết bị LoRa có thể hoạt động trao đổi dữ liệu trong hình mạng công nghiệp LoRaWAN cần có phân tích đánh mạng với thời gian lên đến 10 năm khi sử dụng pin [2]. giá trong điều kiện địa lý cụ thể cũng như những yếu tố ảnh LoRa được viết tắt bởi Long Range Radio được nghiên hưởng đến khoảng cách truyền dữ liệu trong mạng cứu và phát triển bởi Cycleo SAS và sau này công ty LoRaWAN. Semtech mua lại vào năm 2012. LoRa sử dụng kỹ thuật Trong bài báo này, tập trung đánh giá mức độ phủ sóng điều chế (modulation) gọi là Chirp Spread Spectrum duy mạng LoRaWAN với mô hình mạng LoRaWAN công trì các đặc tính công suất thấp nhưng làm tăng đáng kể nghiệp đề xuất tại thành phố Đà Nẵng. phạm vi truyền tin, giúp truyền khoảng cách xa. Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz tùy từng khu 2. Mô hình hệ thống mạng vực khác nhau trên thế giới. 2.1. Đề xuất mô hình mạng LoRaWAN Mạng diện rộng công suất thấp LPWANs (Low-Power Trong mô hình đề xuất mạng LoRaWAN công nghiệp Wide Area Network) là công nghệ truyền thông không dây gồm 4 lớp chính như Hình 1 ...