[ez-toc]

مقدمه

LoRaWAN یکی از مطرح‌ترین فناوری‌های LPWAN برای اتصال دستگاه‌های کم‌مصرف در فاصله‌های دور است. این فناوری در مناطق فاقد پوشش سلولی مانند روستاها و زیرزمین‌ها، راهکاری مقرون‌به‌صرفه برای هوشمندسازی شبکه‌ی توزیع گاز فراهم می‌کند. در این مقاله، به معماری، کلاس‌های عملیاتی، پارامتر SF، توپولوژی شبکه، مکانیزم‌های به‌روزرسانی نرم‌افزار (FUOTA)، و چالش‌های فنی در پیاده‌سازی LoRaWAN می‌پردازیم.

شبکه‌ی LoRaWAN قادر است در مکان‌های دوردستی که شبکه‌های سلولی ممکن است در دسترس نباشند، به عنوان جايگزين مناسب به كار گرفته شود. نفوذ سيگنال درشبکه‌ی LoRaWAN به گونه اي است كه قادر است طریق دیوارهای ضخیم و زیرزمین عبور کند، که این ویژگی برای اندازه‌گیری گاز در سردخانه‌ها، زیرزمین‌ها و یا محیط‌های دشوار دیگر مناسب است.

شبکه‌ی LoRaWAN قادر است تعداد زیادی از دستگاه‌ها را با حداقل زیرساخت شبکه پشتیبانی کند، که این امر منجر به کاهش هزینه‌های نصب و نگهداری برای شرکت‌های گاز و ارائه دهندگان خدمات می‌شود. LoRaWAN یک فناوری امیدوارکننده برای هوشمندسازي شبكه توزيع گاز در مناطق روستایی و دوردست است، زیرا می‌تواند راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه، قابل اعتماد و مقیاس‌پذیر برای شرکت‌ها و مشتریان شبكه توزيع گاز ارائه دهد.

ساختار شبکه LoRaWAN در اندازه‌گیری گاز

مزایای اصلی:

• نفوذ سیگنال قوی حتی در زیرزمین و محیط‌های با مانع زیاد

• پشتیبانی از تعداد زیاد دستگاه با زیرساخت ساده

• مناسب برای مناطق دور از دسترس شبکه سلولی

• کاهش هزینه‌های نصب و نگهداری

کلاس‌های عملیاتی در LoRaWAN

• کلاس A: ارسال و دریافت پایه، کم‌مصرف‌ترین حالت (استفاده‌شده برای داده‌های اندازه‌گیری)

• کلاس C: ارتباط دائم Downlink (استفاده‌شده برای به‌روزرسانی Firmware)

بررسی SF (Spreading Factor) در LoRaWAN

نکته کاربردی:

• در سناریوهای روستایی، SF9 و SF10 تعادل مناسبی دارند.

• برای Firmware Update (Downlink) از SF10 استفاده می‌شود.

توپولوژی شبکه LoRaWAN و تنوع دریافت

• Single-Hop Star Topology: بدون نیاز به شبکه Mesh

• Macro Diversity: پیام Uplink می‌تواند همزمان توسط چند Gateway دریافت شود

• مزیت: افزایش قابلیت اطمینان در محیط‌های پرنویز

Adaptive Data Rate (ADR) در LoRaWAN

ویژگی ADR به سرور شبکه اجازه می‌دهد تا به‌صورت خودکار توان ارسال، SF و فرکانس را برای هر دستگاه تنظیم کند تا مصرف انرژی و تداخل کاهش یابد.

مدل‌های انتشار سیگنال در LoRaWAN

مقیاس‌پذیری و ظرفیت شبکه

• با افزایش چگالی Gatewayها، ظرفیت شبکه افزایش می‌یابد.

• Macro Diversity باعث افزایش پایداری و مقاومت در برابر تداخل می‌شود.

• شبکه‌های Microcell با LoRa در آینده محیط‌های پر تراکم را پوشش می‌دهند.

FUOTA: به‌روزرسانی Firmware از راه دور در LoRaWAN

مزایا:

• صرفه‌جویی در مصرف پهنای باند با Multicast

• افزایش امنیت با امضای دیجیتال

• کاهش حجم فایل با Delta Update

مراحل FUOTA:

1. تولید فایل باینری به‌روزرسانی

2. کاهش حجم با الگوریتم‌های دلتا (مثل BSDiff)

3. ارسال قطعات (Fragments) به دستگاه‌ها

4. همگام‌سازی زمان با شبکه (Clock Sync)

5. نصب و ارسال گزارش وضعیت

پکیج‌های استاندارد FUOTA در LoRaWAN:

• LoRaWAN Clock Sync

• Firmware Management Protocol

• Multi-Package Access Protocol

 

کلاس های استفاده شده در حالات مختلف کار در سیستم های هوشمند اندازه گیری گاز شبکه‌ی LoRaWAN

دستگاه در حالات ارسال داده های اندازه گیری و داده های مربوط به سنسورها، در کلاس A فعالیت می کند. در حالت Downlink که برای کاربردهای آپدیت firmware به کار می رود، دستگاه از حالت A به C سوئیچ می کند.

• فاکتور SF

SF رابطه بین نرخ سمبل Symbol Rate و نرخ ارسال تراشه Chip Rate در LoRaWAN را تعیین می‌کند. انتخاب SF بالا حساسیت و برد ارسال را افزایش می‌دهد، اما همچنین زمان ارسال بسته را افزایش داده و احتمال تصادم Collision بیشتری را ایجاد می‌کند. در LoRaWAN، شش SF مختلف ارائه شده‌اند که با شماره‌گذاری از 7 تا 12، گزینه‌های متفاوتی برای تنظیم SF وجود دارد.  در UL فاکتورهای SF7 تا SF10 قابل دسترس هست و در DL فاکتورهایSF7  تا SF12 وجود دارد. جدول ذیل مقادیر نرخ ارسال و حساسیت گیرنده برای فاکتورهای مختلف را در پهنای باند 125  KHz نشان داده است.

فاکتور SF	پهنای باند	نرخ ارسال	حساسیت گیرنده
SF7	125 KHz	5470 bps	-123 dBm
SF8	125 KHz	3125 bps	-126 dBm
SF9	125 KHz	1760 bps	-129 dBm
SF10	125 KHz	980 bps	-132 dBm
SF11	125 KHz	440 bps	-134.5 dBm
SF12	125 KHz	250 bps	-137 dBm

 

SF از 7 تا 10 برای آپدیت firmware متغیر هستند و تعیین می کنند که در هر ثانیه چند chirp (پالس های مدوله شده با فرکانس) ارسال می شود. SF های بالاتر به معنای نرخ داده کمتر است و بالعکس. انتخاب SF به trade-off بین پوشش، توان عملیاتی و عمر باتری بستگی دارد. SF بزرگتر امکان پوشش و حساسیت بهتر را فراهم می‌کنند، به این معنی که سیگنال می‌تواند در فواصل بیشتری دریافت شود و در محیط‌های پر نویز نیز قابل دریافت باشد.

با این حال، SF های بالاتر نیز باعث افزایش زمان انتقال (زمان هوا) و مصرف انرژی می شود که باعث کاهش عمر باتری دستگاه می شود. SF های پایین تر، سرعت داده بالاتر و زمان انتقال کوتاه تر را ممکن می کنند، که باعث صرفه جویی در انرژی و افزایش ظرفیت شبکه می شود. با این حال، SF های پایین تر نیز پوشش و حساسیت را کاهش می دهند، به این معنی که سیگنال ممکن است در اثر تداخل از بین برود یا خراب شود.

در مناطق روستايي فاقد شبکه ارتباطی رایج، SF بهینه ممکن است بسته به فاصله بین دستگاه‌های انتهایی (کنتورهای گاز هوشمند) و  گيت‌وي ها (وسایل نقلیه سیار)، سطح تداخل و سرعت جمع آوری داده ها متفاوت باشد. در مطالعاتی در مقالات بین المللی نشان داده شده است که SF 7 بالاترین توان و کمترین مصرف انرژی را دارد، اما همچنین دارای کمترین پوشش و بیشترین نرخ تلفات بسته است. SF 12 به بالاترین پوشش و کمترین نرخ تلفات بسته دست یافته است، اما همچنین دارای کمترین توان و بیشترین مصرف انرژی می باشد. SF 9 و SF 10 به تعادل بین این معیارها دست یافتند و برای سناریوی اندازه گیری هوشمند در نواحي روستایی توصیه شدند.

از همین رو برای ارتباطات downlink مانند آپدیت firmware از SF10 استفاده می شود. این SF دارای محدوده متوسطی برابر با 5 km در مناطق شهری و 15 km در مناطق غیر شهری است.

توسعه‌ی شبکه‌های LoRaWAN با توپولوژی ستاره با تنوع دریافتی receive diversity

در شبکه‌های LoRaWAN، از توپولوژی ستاره با ضریب استفاده از فرکانس 1 استفاده می‌شود. این امر باعث ساده‌تر شدن نصب و گسترش شبکه می‌شود، زیرا برای افزودن گيت وي هاي بیشتر به زیرساخت، نیازی به برنامه‌ریزی و تغییر الگوی فرکانسی نیست. در نهایت، این توپولوژی به شبکه‌های عمومی و خصوصی اجازه می‌دهد که به راحتی با هم همکاری کرده و اطلاعات را به اشتراک بگذارند.

در مقایسه با فناوری‌های شبکه‌های چندپرشی(Mesh)، زیرساخت شبکه تک‌پرشی (Single-Hop-To-Network) در مصرف انرژی صرفه‌جویی بیشتری می‌کند. در شبکه‌های Mesh، گره‌ها باید اطلاعات را از طریق گره‌های دیگری به گره مقصد انتقال دهند، اما در شبکه‌های Single Hop این نیاز وجود ندارد. این امر باعث کاهش مصرف انرژی می‌شود. یک مزیت دیگر این است که شبکه تک‌پرشی امکان نصب اولیه را در نودهای پراکنده با تراکم پایین فراهم می‌کند، در مقایسه با شبکه‌های Mesh که نیاز به تراکم حداقلی از گره‌ها دارند.

اما مهم‌ترین ویژگی طراحی LoRaWAN، تنوع دریافت اطلاعات است. با افزایش استفاده از طیف‌های بدون مجوز، سطح نویز رادیویی پس‌زمینه (که به نام “كف نویز Noise Floor” هم شناخته می‌شود) افزایش می‌یابد. بر اساس نظر خبرگان و کارشناسان و بررسی توسط مشاور، پیش بینی بر این است که شبکه‌های بدون License در نهایت با افزایش از دست دادن بسته‌ها (Packet Lost) روبرو خواهند شد و نمی‌توانند کیفیت خدمات (QoS) را در طولانی مدت تضمین کنند. شبکه‌های LoRaWAN می‌توانند با بهره­گیری از چند گيت وي برای دریافت همزمان اطلاعات نودها، در برابر نویز مقاومت ­کنند.

این امکان به شبکه‌های LoRaWAN این اجازه را می‌دهد که پیام‌های Uplink نودها توسط هر گيت وي قابل دریافت باشند (RX Macro-Diversity).  این ویژگی یعنی دریافت اطلاعات گره در چندین گيت وي، و بهبود قابل توجهی در ظرفیت شبکه و QoS دارد، زیرا احتمال وقوع تداخل مخرب به صورت همزمان در تمام آنتن‌های گیرنده بسیار پایین است. به عبارت دیگر، انتظار می‌رود شبکه‌های LoRaWAN بتوانند با افزایش نویز بهتر از شبکه‌های Mesh عمل کنند. در شبکه‌های Mesh ، هر گره توسط تنها یک گره میانی مدیریت می‌شود. در صورت وقوع تداخل در این گره میانی، از دست دادن بسته‌ها در هر مرحله افزایش می­یابد و تخریب ناگهانی را تجربه می‌کنند.

نقش نرخ داده‌ وفقی (ADR) در LoRaWAN:

در شبکه‌های LoRaWAN، ویژگی ADR به مدیر شبکه (NS) اجازه می‌دهد تا پارامترهای مختلف دستگاه‌های پایانی را به صورت پویا تغییر دهد. این پارامترها شامل توان انتقال، فهرست فرکانس،   Spreading Factor (SF) و نرخ تکرار ارسال Uplink می‌شوند. تنظیم دقیق توان ارسال بسیار مهم است، زیرا نقش تنظیمات این است که دستگاه‌ها از حداقل توان مورد نیاز برای ارتباط با گیت­وی استفاده کنند و همچنین از تداخل‌های غیرضروری با سلول‌های رادیویی مجاور جلوگیری کنند.

این مسئله به خصوص برای جلوگیری از تأثیر تداخل تجهیزات نزدیک به گیت­وی بر روی تجهیزاتی که در لبه‌ی سلول قرار دارند (Far-Near Effect) اهمیت دارد. با استفاده از ویژگی ADR، مدیر شبکه می‌تواند بهینه‌سازی پارامترها را برای هر دستگاه پایانی انجام داده و بهترین تنظیمات را برای شرایط مختلف فراهم کند.

SF رابطه بین نرخ سمبل Symbol Rate و نرخ تراشه Chip Rate در LoRaWAN را تعیین می‌کند. انتخاب SF بالا حساسیت و برد ارسال را افزایش می‌دهد، اما همچنین زمان ارسال بسته را افزایش داده و احتمال تصادم Collision بیشتری را ایجاد می‌کند. در LoRaWAN، شش SF مختلف ارائه شده‌اند که با شماره‌گذاری از 7 تا 12، گزینه‌های متفاوتی برای تنظیم SF وجود دارد.

برای کاهش مصرف انرژی دستگاه‌ها و زمان ارسال Airtime ، سرور شبکه (NS) تلاش می‌کند تا نرخ ارسال داده را برای هر دستگاه بر اساس بودجه لینک بین دستگاه و بهترین آنتن بهینه‌سازی کند. در عین حفظ حداقل سطح Macro-Diversity (برای مثال، هنگامی که شبکه خدمات مکان‌یابی ارائه می‌دهد)، پیام ارسالی ممکن است تکرار شود و هر بار با تغییر کانال (فرکانس حامل)، تنوع فرکانسی (Frequency Diversity) را ارائه دهد.

این تکرارها زمان ارسال Airtime را افزایش می‌دهند ولی در مقابل مشکلاتی مانند تداخل کانال و تصادم، مقاوم­تر هستند. پیدا کردن بهترین ترکیب تکرار، نرخ داده و توان ارسال یک فرآیند بهینه‌سازی پیچیده است و همین موضوع انگیزه‌ی اصلی برای ساخت مدل‌های شبیه‌سازی بوده است.

مدل های انتشار متداول استفاده شده در مناطق شهری و غیر شهری

• مدل Okumura Hata: مدل انتشاری که بطور گسترده برای تخمین تلفات توان در مناطق شهری استفاده است. این مدل اثرات ناشی از انعکاس، انکسار و پراکندگی ایجاد شده توسط ساختار های شهری را لحاظ می کند.
• مدل COST 231-Hata: که ممکن است برای اندازه‌گیری هوشمند گاز در شبکه LoRaWAN نسبت به مدل Okumura Hata مناسب‌تر باشد، زیرا این مدل اثرات پشت‌بام‌ها و عرض خیابان‌ها را در انتشار سیگنال در نظر می‌گیرد و مدل Okumura Hata را بهبود می‌بخشد.
• مدل :3GPP UMa NLOS که بر اساس استاندارد پروژه همکاری نسل سوم (3GPP) برای سناریوهای غیر خط دید ماکروسل شهری (NLOS) است. این مدل تأثیرات ارتفاع ساختمان، عرض خیابان و ارتفاع آنتن ایستگاه پایه را در انتشار سیگنال در نظر می‌گیرد.
• مدل ITU-R P.1546: که بر اساس توصیه اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) برای پیش بینی انتشار نقطه به منطقه است. این مدل، اثرات زمین، آب و هوا و ارتفاع آنتن را بر انتشار سیگنال در نظر می گیرد.
• مدل ITU-R P.1812: که بر اساس توصیه ITU برای پیش بینی انتشار نقطه به نقطه است. این مدل اثرات زمین، آب و هوا، ارتفاع آنتن و قطبش را بر انتشار سیگنال در نظر می گیرد.

در ادامه جهت درک مفهوم ظرفیت، تأثیر Macro-Diversity و مقیاس پذیری شبکه LoRaWAN در مدل انتشار رادیویی Okumura Hata بررسی شده و نتایج شبیه‌سازی آن توضیح داده شده است.

مقیاس پذیری و ظرفیت شبکه LoRaWAN

مدل انتشار رادیویی Okumura Hata، یک مدل استفاده شده در شبیه‌سازی انتشار سیگنال‌های رادیویی است. در این مدل فرض بر این است که ایستگاه پایه در مکانی با ارتفاع بالاتر نسبت به ساختمان‌های اطراف قرار دارد. در این مدل، فرض شده است که نودها دارای آنتن با گین صفر دسی‌بل (0 dBi) هستند که برای دستگاه‌های کوچک معمولی استفاده می‌شود. در شبیه‌سازی از ۱۶ کانال استفاده می­شود و هدف دستیابی به نرخ خطای بسته ۱۰٪ است. در شکل زیر، قرارگیری تصادفی دستگاه‌ها در شبکه نشان داده شده است وکدگذاری رنگی SF بهینه را در یک شبکه شش‌گوش نشان می‌دهد.

شکل زیر نتایج ظرفیت ماکزیمم را به صورت جداگانه برای کل شبکه و یک سلول نشان می‌دهد. این نتایج شکل نشان می‌دهند که با افزایش چگالی گیت­وی‌های شبکه، ظرفیت به سادگی افزایش می‌یابد.

این نتایج نشان می‌دهند که آینده شبکه‌های LoRaWAN، به خصوص در محیط‌های شهری که انتظار می‌رود محیط‌هایی با افزایش ترافیک و نویز بالا باشند، به سمت شبکه‌های میکروسلولی می‌رود. به عنوان مثال، گیرنده‌های ترکیبی که در مودم‌های چند کاربره Triple-Play Modem ادغام شده اند. علاوه بر ارائه ظرفیت بیشتر، Macro-Diversity، مقاومت بیشتری در مقابل تداخل ارائه می­دهد و مصرف کمتر انرژی برای دستگاه‌های پایانی فراهم می‌کند.

FUOTA

توانایی انجام به‌روزرسانی نرم‌افزار از راه دور (FUOTA) به یکی از نیازهای اصلی بسیاری از دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT) تبدیل شده است. جزئیات فرآیند FUOTA به نحو چشم‌گیری به معماری واحد پردازش مرکزی (MCU) مورد استفاده توسط دستگاه مربوطه مرتبط هست. FUOTA نیاز به یک سامانه ارسال کارآمد و امن برای ارسال همزمان فایل‌های به­روزرسانی به تعداد زیادی دستگاه نیاز دارد.

چند نوع به روز رسانی Firmware به شرح زير مطرح است:

• به روز رسانی کلی
• به روز رسانی دیفرانسیلی: خود كه شامل دو حالت زير است:
• به روز رسانی قسمت های اجرایی firmware یا بخشی از کد
• به روز رسانی جزئی: تغییر یا افزودن قسمت هایی از کد یا خط های برنامه (کمتر از سی ثانیه)
• به روزرسانی دلتا

چالش اصلی، در به روزرسانی کلی firmware می باشد. که مشکلات زیادی دارد. بنابراین از روش های به روز رسانی دیفرانسیلی استفاده می شود. برای ارتقا روش های به روزرسانی فایل اولیه firmware با استفاده از روش دلتا کاهش می یابد. مراحل دلتا به صورت زیر می باشد:

مرحله اول: ابتدا باید بیت هایی را که از تصویر جدیدمان تغییر کرده اند استخراج کنیم، آن را  DIFF می نامیم.

سپس تصویر (Image) خود را از firmware اصلی و تصویر دلتا خود بازسازی می کنیم که آن را PATCH می نامیم.

یکی از اجزای کلیدی یک سیستم به روز رسانی دلتا، یک سیستم تفاوت باینری و پچ است. تعداد قابل توجهی از کتابخانه ها وجود دارد که این قابلیت را ارائه می دهند. BSDiff1 و XDelta2  هر دو برای کار بر روی اکثر سیستم های تعبیه شده، نیاز به حافظه زیادی دارند. در اکثر منابع ذکر شده است که با روش دلتا فایل اولیه برای به روزرسانی به 1/6 مقدار اولیه می رسد.

LoRaWAN Firmware Update Over-The-Air (FOUTA)

راه حل استاندارد LoRa و kerlink

LoRaWAN با استفاده از Multicast، سیستمی امن و قابل اعتماد برای توزیع فایل فراهم می‌کند، که این سرویس توسط مجموعه‌ای از پروتکل‌های لایه برنامه ارائه شده است.

• پروتکل‌های عمومی برای مواجهه با موارد زیر باید ایجاد شوند و کنتور و سرور شبکه باید موارد زیر را انجام دهند:
• سنکرون سازی clock  زمان واقعی کنتورهای LoRaWAN
• ایجاد و مدیریت نشست ها fragmentation برای ارسال بلوک بزرگ داده به کنتورهای LoRaWAN، با کد FEC خاص
• برنامه‌ریزی و مدیریت نشست ها multicast موقت در کنتورهای LoRaWAN، با دریافت پیوسته (کلاس C) یا slotted  (کلاس B)
• انجام عملیات اولیه مدیریت firmware، درخواست نسخه‌ها و راه‌اندازی مجدد دستگاه پایانی
• بازسازی و کشف بسته‌های ذکر شده و دیگر بسته‌ها،ارسال دستورات در یک payload  تکی تا تعداد تبادلات پیام ها محدود شود.

پکیج های برنامه ای که توسط گروه FOUTA LoRaWAN شامل پکیج های زیر می باشند، ضمن اینکه مطالب و قوانین جدید در به روز رسانی LoRaWAN، در داخل این پکیج ها قرار می گیرند:

• LoRaWAN Application Layer Clock Synchronization
• LoRaWAN Application Layer Clock Synchronization: فایل firmware پس از کاهش حجم توسط دلتا، به fragment هایی با طول بیتی از 40 تا ماکسیمم 240 بیت تبدیل می شوند. طول بیت fragment با توجه به حجم firmware تعیین می شود.
• LoRaWAN Application Layer Clock Synchronization
• LoRaWAN Firmware Management Protocol: مدیریت کل فرآیند به روز رسانی مطابق با موارد ذکر شده در سند FOUTA کمپانی LoRaWAN
• LoRaWAN Multi Package Access Protocol

انجام FUOTA امن، فرایندی پیچیده است که معمولاً شامل مراحل زیر می‌شود:

1. تولید فایل نرم‌افزاری باینری، مخصوص پلتفرم دستگاهی که قرار است به‌روزرسانی شود.
2. امضای این فایل باینری با استفاده از کلید خصوصی به منظور تضمین صحت و اصالت آن.
3. ارسال این فایل باینری به گروهی از دستگاه‌ها که قرار است به‌روزرسانی شوند.
4. هر دستگاه باید فایل و منبع آن را با تأیید امضا تصدیق (Authenticate) کند.
5. سپس هر دستگاه نسخه جدید پچ نرم‌افزاری را نصب می‌کند.
6. در نهایت، هر دستگاه گزارش وضعیت عملیات به‌روزرسانی (موفق یا ناموفق) را ارائه می‌دهد و این اطلاعات توسط یک پلتفرم مدیریت مرکزی دستگاه جمع‌آوری می‌شود تا وضعیت دستگاه‌ها را نظارت کند.

چالش دیگر نرخ بیتی پایین شبکه LoRaWAN است. اما استفاده از قابلیت Multicast رادیویی منحصر به فرد LoRaWAN می تواند بر این چالش غلبه ‌کند. این بدان معناست که یک بسته رادیویی مشخص که توسط شبکه ارسال می‌شود (شامل بخشی از فایل نرم‌افزاری) می‌تواند توسط تعداد زیادی دستگاه دریافت شود. بنابراین، نیاز نیست که فایل به صورت جداگانه برای هر دستگاه ارسال شود، بلکه بهتر است که فقط یکبار برای تمام دستگاه‌ها ارسال شود.

اصل FUOTA در شبکه LoRaWAN

در این بخش، عملکرد دو پکیج از پروتکل­های لایه برنامه (Application-Layer) ارائه می‌شود: تنظیم از راه دور Multicast و ارسال بلوک‌های داده به صورت تکه­تکه (Fragmented Data Block). این پکیج‌های لایه برنامه توسط گروه کاری FUOTA در Alliance LoRa تعریف شده‌اند و مشخصات آنها به صورت عمومی در دسترس هستند.

در سمت دستگاه، این پکیج­ها در لایه برنامه قرار دارند. آنها از لایه MAC LoRaWAN برای انتقال و دریافت پکت‌ها به/از شبکه استفاده می‌کنند. ممکن است پکیج­های دیگر نیز در لایه برنامه دستگاه وجود داشته باشند و به طور معمول کد برنامه کاربری نیز وجود دارد. هر پکیج در دستگاه متناظر با پیاده‌سازی سرویس در سمت سرور است. به عنوان مثال، پکیج همگام‌سازی ساعت با یک سرویس همگام‌سازی ساعت پیاده‌سازی شده در زیرساخت ارتباط دارد که در شکل 5-3 نشان داده شده است.

به منظور سادگی ، تمام خدمات پشتیبانی از FUOTA در یک واحد به نام سرویس مدیریت دستگاه در Backend تعبیه شده‌اند. هر یک از این پکیج­ها از پورتی متفاوت برای ارتباط استفاده می‌کنند.

به این ترتیب، جریان‌های داده مختلف متناظر با هر پکیج به راحتی در هر دو جهت Uplink و Downlink از هم جدا می‌شوند. ‏شکل زیر  پکیج لایه برنامه LoRaWAN را برای FuOTA نشان می دهد.

گروه کاری LoRa Alliance تحت رهبری شرکت Kerlink  مشخصات به‌روزرسانی firmware از طریق هوا (FUOTA) را که شامل multicast setup، fragmentation و time synchronization است را تکمیل کرده است.

این مشخصات روش استانداردی را برای انجام این فرآیند اساسی توسط اعضای اتحادیه استاندارد می‌کنند که تعامل بین ارائه‌دهندگان دستگاه پایانی و ارائه‌دهندگان شبکه را بهبود می‌بخشد. این سه مشخصه امکان multicast setup را فراهم می‌کند که به اپراتورهای شبکه اجازه می‌دهد تا با یک انتقال تکی، داده‌ها را به چندین دستگاه پایانی ارسال کنند. همچنین، امکان fragmentation،  firmware بزرگ را به چندین قطعه کوچک تقسیم کرده و به دستگاه‌های پایانی ارسال می‌کند. همچنین امکان time synchronization را فراهم می‌کند که به دستگاه‌های پایانی اجازه می‌دهد با زمان شبکه همگام شوند.

نتیجه‌گیری

LoRaWAN یک فناوری حیاتی برای اتصال پایدار و کم‌هزینه در مناطق بدون دسترسی به شبکه‌های سلولی است. از مزایای آن می‌توان به نفوذ سیگنال عالی، مصرف انرژی پایین، توپولوژی ساده و امکان به‌روزرسانی از راه دور (FUOTA) اشاره کرد. با مدیریت هوشمند SF و ویژگی ADR، شبکه می‌تواند در شرایط متنوع عملکرد بهینه داشته باشد.

سوالات متداول

LoRaWAN چیست؟

یک فناوری LPWAN برای ارتباطات کم‌مصرف در فواصل بلند در باند بدون مجوز.

چه تفاوتی با NB-IoT دارد؟

LoRaWAN در باند بدون لایسنس کار می‌کند و برای مناطق روستایی و صنعتی بدون زیرساخت سلولی مناسب‌تر است.

SF چیست و چه کاربردی دارد؟

Spreading Factor تعیین‌کننده برد، نرخ داده و مصرف انرژی در ارتباطات LoRa است.

آیا به‌روزرسانی Firmware امکان‌پذیر است؟

بله، با استفاده از پروتکل FUOTA و Multicast می‌توان به‌روزرسانی را امن و مقرون‌به‌صرفه انجام داد.