Có rất nhiều thứ để tìm hiểu khi khám phá các tùy chọn kết nối cho IoT. Một yếu tố cực kỳ quan trọng của mạng IoT thành công là gateway.

LoRa gateway là gì

Trước hết hãy định nghĩa về LoRa: LoRa là một giao thức LPWAN mạng diện rộng công suất thấp được phát triển bởi Semtech. Nó là một trong số các công nghệ tần số vô tuyến được sử dụng để kết nối không dây các cảm biến và thiết bị cho Internet of Things (IoT) trong các loại hình khác nhau.

Gateway thường là hộp vật lý hoặc vỏ bọc chứa phần cứng và phần mềm ứng dụng thực hiện các tác vụ thiết yếu để kết nối các thiết bị IoT với đám mây. Các thiết bị IoT sử dụng một gateway kết nối làm hub trung tâm để truyền tải dữ liệu cảm nhận và kết nối dữ liệu đó với các mạng bên ngoài. Gateway giống như một bộ định tuyến Wi-Fi. Nó có một bộ tập trung LoRa, cho phép nó nhận tín hiệu RF được gửi đi bởi các thiết bị LoRa, được chuyển đổi thành tín hiệu tương thích với máy chủ, chẳng hạn như Wi-Fi, để gửi dữ liệu lên đám mây.

Gateway là một điểm khởi đầu vì tất cả các thiết bị trên mạng phải có thể truyền dữ liệu của chúng trở lại gateway. Các hệ thống LoRa quy mô lớn chạy trên nhiều gateway. Số lượng cảm biến hoặc thiết bị tối đa trên mỗi gateway phụ thuộc vào một số yếu tố như tốc độ dữ liệu và kích thước gói dữ liệu nhưng có thể đạt được hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn trên mỗi gateway.

Gateway là một thành phần quan trọng để chạy mạng không dây hiệu quả cho các cảm biến và thiết bị.

LoRa gateway hoạt động như thế nào

Một LoRa gateway có thể phục vụ nhiều nhóm thiết bị cùng một lúc, mặc dù các gateway thường được triển khai trong các nhóm chồng chéo. Các thiết bị sẽ gửi tín hiệu của chúng dưới dạng các gói RF được chọn bởi bất kỳ gateway nào trong phạm vi, với thiết bị mạnh nhất kết nối gateway vào sẽ truyền thông điệp lên đám mây. Có nhiều gateway bổ sung khả năng phục hồi cho mạng nếu một trong số chúng bị lỗi.

LoRa gateway có thể được cài đặt và chạy cho một mạng riêng do một công ty kiểm soát. Ví dụ: bạn có thể quản lý thông tin liên lạc tại một hồ chứa và cần đo mực nước hoặc áp suất nước tại các vị trí cụ thể trên trang web. Việc thu thập dữ liệu vật lý từ các cảm biến mực nước được định vị từ xa có thể khó khăn, tốn thời gian và chi phí, nhưng nếu các cảm biến của bạn được kết nối không dây với LoRa thì dữ liệu có thể được thu thập dễ dàng và gửi trực tiếp đến máy tính xách tay và ứng dụng di động. Để thực hiện điều này, trước tiên, cảm biến cần phải truyền dữ liệu không dây đến LoRa gateway. Sau đó, gateway sẽ chuyển dữ liệu từ nhiều mảng cảm biến lên đám mây và cuối cùng là ứng dụng của bạn.

Ở một số, chủ yếu là các địa điểm thành thị, các nhà cung cấp mạng LoRa có thể cung cấp kết nối gateway như một dịch vụ cho nhiều người dùng cuối với một khoản phí.

Sau khi được gateway thu nhận, tín hiệu RF được chuyển đổi sang định dạng cho phép tốc độ truyền nhanh hơn. Tốc độ dữ liệu tối đa của LoRa, 50Kb / s, đủ để thiết bị với thiết bị hoặc thiết bị với gateway giao tiếp, nhưng sẽ có một nút cổ chai nghiêm trọng khi cố gắng gửi hàng nghìn tin nhắn lên đám mây. Do đó, cần có một gateway được thiết kế tốt để kích hoạt mức độ truyền dữ liệu cao hơn từ gateway vào đám mây.

Thông thường kết nối giữa gateway và đám mây được thiết lập bằng ethernet để tăng tốc độ nhưng LTE và Wi-Fi cũng là những sản phẩm thay thế thiết thực ở các địa điểm ngoài trời.

Sau đó, dữ liệu sẽ có sẵn trên đám mây trên bất kỳ ứng dụng nào được yêu cầu. Nhiều cảm biến sẽ đi kèm với ứng dụng của riêng chúng để hiển thị dữ liệu theo cách hữu ích cho người dùng cuối. 

Để hiểu rõ hơn về điều này, mạng LoRa tuân theo một hệ thống hộp thư.

Các gateway kết nối hoạt động như một hộp thư giữa các thiết bị và đám mây, giữ, nhưng không đọc, các thư đi giữa chúng. Thời gian của tin nhắn phụ thuộc vào tần suất thiết bị đầu cuối thức dậy để gửi và nhận dữ liệu. Nếu đám mây gửi tin nhắn đến một thiết bị, một gateway sẽ giữ tin nhắn cho đến khi thiết bị thức dậy lần sau.

Lưu lượng giữa các thiết bị và gateway

Hàng nghìn thiết bị có thể chạy trên một gateway duy nhất nếu cần thiết. Điều duy nhất thực sự giới hạn thông tin mà bất kỳ gateway cụ thể nào có thể xử lý là lượng dữ liệu mà nó phải xử lý cùng một lúc.

Các yêu cầu về gateway kết nối phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ dữ liệu và số lượng tin nhắn. Với kích thước từ vài byte đến vài trăm mỗi gói, số lượng gateway xử lý các yêu cầu này sẽ khác nhau.

Một thiết bị giám sát độ ẩm phục vụ gateway trong một hiện trường có thể chỉ nhận dữ liệu không liên tục, có thể thấp nhất là một hoặc hai lần một ngày. Trong khi một kho bảo dưỡng sâu nếu thay đổi nhiệt độ sẽ làm hàng hóa hư hỏng phải xử lý nhiều thông báo hơn để giám sát tình trạng.

Không có một con số cố định nào chỉ ra lượng dữ liệu mà một gateway có thể quản lý, nhưng luôn an toàn khi giả định rằng khối lượng thông tin cao hơn được phân phối thường xuyên hơn sẽ giới hạn số lượng thiết bị mà một gateway có thể giao tiếp hiệu quả.

Thông thường, trên mạng công cộng, dung lượng sẽ được tích hợp, vì chủ sở hữu mạng sẽ bổ sung dung lượng bằng các gateway mới để mở rộng vùng phủ sóng và xử lý lưu lượng. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra câu hỏi về cách bạn muốn tiếp cận mạng của mình, công khai hay riêng tư.