Công nghệ LoRa là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của LoRa

LoRa là một công nghệ hiện đại với nhiều ứng dụng trong thời đại IoT Internet of Things - Internet Vạn Vật.

Vậy công nghệ LoRa là gì? Điều gì khiến LoRa trở thành công nghệ được nhiều người ưa chuộng đến vậy? Cùng Việt Tuấn tìm hiểu thêm về công nghệ LoRa này ngay trong bài viết dưới đây.

1. Công nghệ LoRa là gì?

LoRa - viết tắt của Long Range Radio, là một loại công nghệ hỗ trợ truyền dữ liệu trong những khoảng cách lên đến hàng chục km mà không cần thêm bất kỳ các mạch khuếch đại công suất nào. Công nghệ LoRa giúp việc truyền và nhận dữ liệu trở nên đơn giản hơn, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ hiệu quả.

Vì vậy, công này này thường được sử dụng nhiều trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như sensor network, khi đó các sensor node sẽ có thể gửi giá trị đo đạc về trung tâm cách hàng km lại có thể hoạt động với battery suốt một thời gian dài trước khi cần thay pin.

Ban đầu, công nghệ này được Cycleo nghiên cứu và phát triển, sau đó vào năm 2012 lại được mua lại bởi công ty Semtech.

>> Tìm hiểu: Thiết bị mạng là gì? Chức năng, thành phần của thiết bị mạng

2. Nguyên lý hoạt động của LoRa

Nền tảng phát triển công nghệ LoRa dựa trên kỹ thuật điều chế Chirp Spread Spectrum. Khi các dữ liệu được tạo xung với tần số cao để tạo ra những tín hiệu có dải tần cao hơn. Các tín hiệu này sẽ được mã hóa theo các chuỗi chirp signal (tín hiệu hình sin thay đổi theo thời gian) trước khi được gửi đi từ anten.

Có hai loại chirp signal, bao gồm:

• Tần số up-chirp tăng theo thời gian.
• Tần suất của Down-chirp giảm dần theo thời gian.

Công nghệ Lora sử dụng một kỹ thuật điều biến có tên Chirp Spread Spectrum, loại kỹ thuật này sẽ sử dụng các xung tần số cao để chia nhỏ dữ liệu nhằm tạo ra tín hiệu có dải tần cao hơn dải tần của dữ liệu gốc. Sau đó tín hiệu cao tần sẽ tiếp tục được mã hóa theo chuỗi tín hiệu chirp rồi truyền đến anten để truyền đi.

Nguyên tắc hoạt động này hỗ trợ thiết bị giảm độ phức tạp và tăng độ chính xác cần thiết cho mạch nhận để có thể giải mã và điều chỉnh lại dữ liệu. LoRa không yêu cầu nhiều công suất phát mà vẫn có thể truyền đi xa, vì tín hiệu LoRa có thể nhận được ở khoảng cách xa ngay cả khi cường độ tín hiệu thấp hơn nhiễu xung quanh.

Băng tần hoạt động của công nghệ LoRa nằm trong khoảng từ 430MHz đến 915MHz, áp dụng cho các khu vực khác nhau trên thế giới. Cụ thể:

• Dải băng tần 430MHz cho khu vực châu Á
• Dải băng tần 780MHz cho khu vực Trung Quốc
• Dải băng tần 433MHz hoặc 866MHz cho khu vực châu Âu
• Dải băng tần 915MHz cho khu vực USA

Tín hiệu chirp sẽ cho phép các tín hiệu LoRa hoạt động trong cùng một khu vực mà không gây nhiễu lẫn nhau. Cho phép nhiều thiết bị trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời.

3. Đặc điểm của công nghệ LoRa

Là một công nghệ hiện đại được sử dụng phổ biến hiện nay, LoRa có những đặc điểm nổi bật sau:

• Phạm vi truyền sóng rộng: công nghệ LoRa có khả năng truyền dữ liệu ở khoảng cách cực xa và có thể đạt khoảng cách truyền hơn 15km trong môi trường mở hoặc rộng hơn nữa.
• Nhiều chức năng nhưng mức tiêu thụ điện năng thấp: công nghệ LoRa có thể chạy với mức tiêu thụ điện năng thấp, điều này có thể kéo dài tuổi thọ pin và giảm chi phí sử dụng khi không cần thay quá nhiều lần.
• Với kỹ thuật truyền của công nghệ LoRa, tốc độ truyền tuy thấp nhưng vẫn cung cấp đủ băng thông cho một số ứng dụng IoT nhất định, chẳng hạn như định vị, theo dõi tài nguyên và gửi thông tin trạng thái.
• Công nghệ này có khả năng chống nhiễu tốt và khả năng tự động tìm kiếm kênh truyền tốt nhất, giúp đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu truyền đi.

4. Ưu và nhược điểm của công nghệ LoRa

Tuy LoRa là một công nghệ được ưa chuộng sử dụng nhưng nó không phải một công nghệ có tính hoàn hảo về mọi mặt. 

4.1. Ưu điểm của LoRa

Trước tiên hãy tìm hiểu về một số ưu điểm vượt trội của  công nghệ LoRa so với những loại công nghệ cùng lĩnh vực. 

• Hỗ trợ truyền dữ liệu đường dài: LoRa có thể hỗ trợ máy tính truyền dữ liệu vài km mà không cần bộ khuếch đại công suất. Do Lora sử dụng ít nhiễu điện từ hơn nên tín hiệu có thể duy trì khoảng cách xa hoặc khả năng làm việc mạnh mẽ ngay cả trong môi trường đô thị với những ngôi nhà dày đặc.
• Mức tiêu thụ điện năng thấp: đây là ưu điểm lớn nhất của công nghệ LoRa. Bởi mức tiêu thụ điện năng của công nghệ này thấp. Tương ứng, tuổi thọ của ắc quy có thể lên đến 10 năm, hỗ trợ các nhà máy, doanh nghiệp giảm chi phí thay thế ắc quy.
• Tiêu chuẩn hóa: LoRa là một giao thức mạng mở, có khả năng cung cấp các kết nối nút cuối được tiêu chuẩn hóa giữa những máy tính và thiết bị IoT. Điều này cho phép mỗi nhà máy nhanh chóng triển khai các ứng dụng IoT ở mọi nơi.
• Tính bảo mật cao: LoRa có sở hữu mã hóa AES128 (Quy trình đầu cuối - end-to-end), cho phép xác thực lẫn nhau, đảm bảo tính toàn vẹn và tăng tính bảo mật.
• Mức công suất lớn: Công nghệ LoRa có thể hỗ trợ mỗi trạm gốc thu thập hàng triệu dữ liệu đáp ứng nhu cầu của người vận hành thông tin cho hoạt động phân tích, dự đoán.
• Chi phí thấp: giảm đầu tư cơ sở hạ tầng, chi phí thay thế pin và chi phí vận hành cuối cùng.

4.2. Nhược điểm

Mặc dù công nghệ LoRa có nhiều ứng dụng tuyệt vời trong xu hướng IoT nhưng nó vẫn có những nhược điểm mà bạn cần lưu ý.  

• Không phù hợp với những công việc cần tải dữ liệu lớn. Đây cũng là nhược điểm lớn nhất đối với công nghệ LoRa. Do các sóng truyền ở tần số này làm chậm tốc độ truyền và tải trọng của công nghệ bị giới hạn ở 100 byte. Do đó, độ trễ của công nghệ LoRa sẽ cao hơn các phương pháp khác.
• Hạn chế khi có nhu cầu lắp đặt gateway. Khi sử dụng công nghệ LoRa, người dùng sẽ gặp khó khăn trong việc lắp đặt các gateway trong khu vực nội thành cũng là một trở ngại cho việc phổ cập công nghệ LoRa tại các khu vực đông dân cư.
• Nếu bạn chú trọng tới yếu tố tốc độ truyền của dữ liệu thì công nghệ này không phải lựa chọn tốt. So với các công nghệ kết nối khác, tốc độ truyền dữ liệu của LoRa không nhanh.
• LoRa có khả năng truyền dữ liệu hạn chế và không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu lớn.
• Để có thể triển khai một hệ thống LoRa hoàn chỉnh, cần có nhiều cổng và thiết bị kết nối, điều này làm tăng chi phí triển khai.
• Phụ thuộc nhiều vào môi trường. Hầu như hiệu suất LoRa sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, chẳng hạn như: phạm vi truyền dẫn, mật độ bức xạ, v.v.

5. Ứng dụng của công nghệ LoRa

Để sử dụng công nghệ này một cách hiệu quả, bạn cần nắm được những ứng dụng mà LoRa có thể đem đến cho bạn. 

5.1. Một phần không thể thiếu trong các thiết bị IoT

Với những ưu điểm vượt trội mà LoRa mang lại, thế giới đã áp dụng chuẩn không dây Lora mới này cho nhiều thiết bị IoT để hỗ trợ truyền thông trong nhà máy sử dụng ít năng lượng và giảm truyền tải dữ liệu.

Khi khoảng cách làm việc, kết nối giữa các thiết bị xa và cần sự tiết kiệm năng lượng, là lúc công nghệ LoRa cho thấy ưu điểm của mình. Với công nghệ không dây và công nghệ điều chế CSS (Chirp trải phổ). Tốc độ bit của công nghệ LoRa đã đạt được mức thấp nhất, giúp mạng LoRa rất phù hợp để truyền tín hiệu điều khiển, dữ liệu cảm biến và các dữ liệu khác trong các ứng dụng IoT.

Do đó, Lora sẽ cho phép 25 tỷ thiết bị IoT trên thế giới dễ dàng kết nối và mở rộng quy mô để xử lý lượng lưu lượng truy cập khổng lồ.

5.2. Ứng dụng Lora trong những mô hình nhà thông minh Smart Home

Đối với mô hình nhà máy thông minh với số lượng máy móc, thiết bị và khối lượng công việc lớn thì kết nối LTE hay WiFi là chưa đủ. Mạng đang chịu áp lực ngày càng tăng và tín hiệu mạng gặp khó khăn khi thâm nhập vào các cấu trúc phức tạp và dây chuyền sản xuất hoạt động với cường độ không đổi.

Ngoài ra, để các cảm biến hoạt động ổn định, các thiết bị cho phép kết nối cần phải đáng tin cậy, an toàn và bền vững trong thời gian dài. Điều này có nghĩa là các nhà máy sẽ phải đối mặt với chi phí rất cao. Tuy nhiên, nhờ Lora Connect, những thách thức này sẽ bị loại bỏ.

Khi các phần mềm trong nhà máy thông minh như MES, ERP, IoT… chạy trên LoRa sẽ tạo ra một kết nối lý tưởng để thu thập nguồn dữ liệu khổng lồ và luôn thay đổi. Ngoài ra, các nhà máy có thể tiết kiệm chi phí đáng kể và cung cấp dịch vụ hiệu quả mà không cần phải đầu tư vào cơ sở hạ tầng riêng biệt.

5.3. Ứng dụng Lora trong các thành phố thông minh Smart City

Đối với thành phố thông minh, kết nối LTE hoặc WiFi thôi là chưa đủ. Trên thực tế, phổ dữ liệu hạn chế mà thế giới có ngày nay đang ngày càng trở thành vấn đề khi các khu vực đô thị trở nên đông dân cư. Áp lực ngày càng tăng đối với các mạng và khó khăn trong việc tín hiệu mạng thâm nhập vào các cấu trúc khép kín và các khu vực ngầm là những trở ngại lớn đối với sự phát triển của các thành phố được kết nối.

Hơn nữa, để các cảm biến được triển khai trên quy mô lớn hoạt động bình thường, các mạng mà chúng hoạt động phải đáng tin cậy, an toàn và bền vững trong thời gian dài. Thật không may, điều này có thể có nghĩa là chi phí rất cao.

5.4. Ứng dụng trong nông nghiệp

Một hệ thống tưới thông minh có thể được sử dụng các cảm biến LoRa để thu thập các thông số đầu vào như nhiệt độ, độ ẩm, độ pH của đất,… và các yếu tố môi trường khác. Sau đó cảm biến thu thập dữ liệu, dựa vào đó hệ thống sẽ quyết định lượng tưới/bón sao cho tiết kiệm và phù hợp.

Ưu điểm của hệ thống tưới nông nghiệp công nghệ cao sử dụng LoRa:

• Theo nguyên tắc tưới đúng - tưới đủ - không lãng phí, nâng cao hiệu quả sử dụng nước.
• Giảm thiểu tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu (đầu tư đường tín hiệu, hệ thống bảo vệ đường dây), tăng tính ổn định của hệ thống.
• Giám sát mọi lúc, mọi nơi chỉ cần có mạng Internet.

6. Mạng LoRaWan là gì?

LoRaWAN là một giao thức mạng diện rộng (LPWA) công suất thấp do Liên minh LoRa phát triển để "làm việc" kết nối không dây với Internet trong mạng khu vực, quốc gia hoặc toàn cầu, nhắm mục tiêu các yêu cầu của Internet vạn vật (IoT), chẳng hạn như hai giao tiếp một chiều, dịch vụ bảo mật đầu cuối, tính di động và bản địa hóa.

LoRaWAN sử dụng phổ không được cấp phép trong băng tần ISM để xác định giao thức truyền thông và kiến ​​trúc hệ thống của mạng, trong khi lớp vật lý LoRa tạo ra các liên kết truyền thông tầm xa giữa các cảm biến từ xa và các cổng được kết nối với mạng. Giao thức này cho phép nhanh chóng xây dựng các mạng IoT công cộng hoặc riêng tư ở bất cứ đâu bằng phần cứng và phần mềm.

>> Tìm hiểu: Mạng máy tính là gì? Lợi ích, phân loại mạng máy tính

Tổng kết

Công nghệ LoRa đã đem đến nhiều ứng dụng thực tế vào trong cuộc sống, có thể giúp cuộc sống và công việc thuận lợi hơn. Tuy nhiên việc cài đặt công nghệ LoRa đòi hỏi doanh nghiệp cần có sự cân nhắc kỹ lưỡng, cũng như đánh giá cẩn thận về những ưu, nhược điểm của công nghệ này. 

Với bài viết trên đây, Việt Tuấn đã giúp bạn trả lời câu hỏi Công nghệ LoRa là gì? Và đem đến cho bạn những thông tin xoay quanh loại công nghệ này. 

Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết!