Penjelasan tentang Protokol LoRaWAN pada Internet of Things

LoRaWAN diciptakan oleh Semtech, dimana protokol komunikasi LPWAN yang bisa dimiliki individu maupun grup. LoRaWAN mulai dikenal karena konsumsi daya yang rendah dan jangkauan transmisi yang panjang (dibandingkan dengan LPWAN lainnya). Protokol ini mempunyai tingkat ketahanan interferensi yang tinggi karena modulasi nirkabelnya berdasarkan teknologi sektor militer dan ruang angkasa. Pada tahun 2017, paket LoRaWAN dikirim sejauh 702 kilometer, memecahkan rekor sebelumnya. Karena sifat-sifat yang membedakan ini, protokol ini bisa dibilang protokol komunikasi yang ideal untuk berbagai aplikasi IoT. Aliansi LoRa, sebuah organisasi nirlaba terbuka yang mempertahankan LoRaWAN. Pembuat perangkat bersertifikat, penyedia layanan dan lembaga publik termasuk anggotanya.

Cara Kerja LoRaWAN

 

Sistem radio seperti LoRaWAN sangat mudah dipahami karena termasuk tingkat paling dasar. Cara jaringan star berkomunikasi mirip seperti komunikasi antara profesor dan murid pada saat kuliah. Misalnya,  profesor (sebagai gateway) berkomunikasi dengan node akhir (siswa di kelas) dan sebaliknya. Dalam hal komunikasi, cara kerja LoRaWAN disebut koneksi asimetris. Semua orang di kelas mungkin mencoba berbicara dengan profesor di waktu yang sama, tetapi profesor tidak akan bisa mendengar atau memahami semua orang di waktu yang sama. Banyak aspek topologi star yang bisa ditelusuri kembali ke analogi ini, meskipun terlalu disederhanakan.

 

Biasanya, arsitektur jaringan mesh digunakan untuk menyebarkan jaringan. Misalnya protokol komunikasi Zigbee digunakan oleh solusi pencahayaan milik Philips Hue. End-node (dalam IoT: sensor, aktor, dll) relay informasi ke node lain (gateway) dalam jenis arsitektur ini, memperluas jangkauan komunikasi. Bagaimana pun arsitektur ini memiliki sejumlah kelemahan, termasuk kapasitas yang lebih rendah, masa pakai baterai yang lebih pendek (karena node harus mengirim dan menerima data) dan juga peta jaringan yang lebih kompleks (yang bisa menyebabkan pemeliharaan dan pemecahan masalah menjadi labor-intensive).

 

LoRaWAN dirancang dalam bentuk "star", sehingga gateway tidak harus ditugaskan ke individual node. Sebaliknya, banyak gateway menerima data yang disiarkan oleh node. Tanpa preprocessing paket data, masing-masing gateway ini akan mengirimkannya ke server jaringan. Dengan kata lain, server jaringan bertanggung jawab untuk menghapus paket data duplikat, mengkonfirmasi integritas data dan melaksanakan pemeriksaan keamanan. Selain itu, node dalam arsitektur star tidak perlu mendengarkan pesan dari node lain sepanjang waktu. Oleh karena itu, mereka bisa "tidur" untuk sebagian besar waktu dan menurunkan konsumsi energi mereka.

 

Jaringan LoRaWAN Public Vs Private

Biasanya jaringan publik LoRaWAN digunakan oleh operator telepon / penyedia komunikasi. Saat ini perusahaan-perusahaan ini akan menggunakan infrastruktur dan basis pelanggan mereka untuk meluncurkan jaringan LoRaWAN mereka sendiri dan menjual akses jaringan secara berlangganan, mirip dengan bagaimana protokol komunikasi lainnya dijual. Pengguna bisa mengakses jaringan secara nasional dan perusahaan IoT bisa memilih untuk berlangganan layanan apabila dinilai layak. Misalnya operator telekomunikasi Swiss Swisscom telah mengembangkan jaringan LoRaWAN nasional untuk memfasilitasi pengembangan solusi pintar berdaya rendah.

 

Jaringan pribadi dirancang untuk melayani satu entitas. Jaringan bisa disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan armada perangkat IoT-end pengguna pribadi. Perusahaan bisa menggunakan jaringan LoRaWAN pribadi untuk menghubungkan jaringan internal mereka ke ekosistem IoT tanpa bergantung pada internet. Loriot yaitu contoh jaringan server LoRaWAN pribadi yang digunakan oleh semakin banyak bisnis di seluruh dunia untuk menyiapkan instalasi LoRaWAN antar kelas perusahaan.

 

Biasanya individu, kelompok nirlaba dan usaha kecil mendukung jaringan komunitas. Misalnay jaringan things yang menyediakan arsitektur server jaringan LoRaWAN untuk komunitas pengguna global. Kemudian seluruh infrastruktur gateway didukung secara organik oleh pengguna jaringan, yang menambahkan gateway individu saat area tertentu memerlukan lebih banyak cakupan.

 

LoRaWAN Kelas A, B, dan C

 

Tiga kelas LoRaWAN aktif di waktu yang sama. Kelas A merupakan sistem ALOHA yang autentik karena benar-benar asinkron. Hal ini berarti node akhir tidak perlu menunggu waktu tertentu untuk berkomunikasi dengan gateway dan sebaliknya. Pengiriman dilakukan kapan pun mereka perlu dan kemudian tidak aktif sampai saat itu. Kita bisa mengisi setiap slot waktu dengan pesan apabila kita mempunyai sistem delapan saluran yang disinkronkan dengan sempurna. Setelah satu node selesai mentransmisikan, yang lain mulai mentransmisikan. Kapasitas maksimum teoritis jaringan aloha murni yaitu sekitar 18,4 persen dari maksimumnya tanpa gangguan komunikasi. Sebagian besar hal ini disebabkan oleh tabrakan, seperti pada saat satu node mengirim dan yang lain terbangun dan memutuskan untuk mengirimkan di saluran frekuensi yang sama dengan yang pertama, maka hasilnya akan tabrakan.

 

Kelas B bisa mengirimkan pesan ke node bertenaga baterai. Gateway mengirimkan beacon setiap 128 detik. (perhatikan slot waktu di bagian atas diagram.) karena semua bts LoRaWAN yaitu pulse-per-second, dimana mereka semua memancarkan beacon messages di waktu yang sama (1PPS). Hal ini menyiratkan bahwa pada awal setiap detik, setiap satelit GPS di orbit memungkinkan waktu untuk disinkronkan di seluruh dunia dan menyampaikan pesan. Dalam siklus 128 detik, semua node kelas B diberi slot waktu dan diberitahu kapan harus mendengarkan. Misalnya kita bisa memberi tahu node untuk mendengarkan setiap slot waktu ke sepuluh, dan saat slot waktu itu tersedia, maka pesan downlink bisa dikirim.

 

Kelas C memungkinkan node untuk terus mendengarkan dan mengirim pesan downlink kapan saja. Karena dibutuhkan banyak energi untuk menjaga node aktif agar tetap terjaga dan menjalankan penerima setiap saat, ini biasanya digunakan untuk aplikasi bertenaga AC.