ロラ

ロラ

LoRaモジュール
開発者	サイクレオ、セムテック
コネクタタイプ	シリアルポート
互換性のあるハードウェア	SX1261、SX1262、SX1268、SX1272、SX1276、SX1278
物理的範囲	完璧なコンディションであれば10キロメートル（6.2マイル）以上

LoRa（「Lo ng Range」から）は、物理的な独自の無線通信技術です。^{[1]これは、}チャープ拡散スペクトル（CSS）技術から派生した拡散スペクトル変調技術に基づいています。 ^{[2]これは、}フランスのグルノーブルの会社であるCycleoによって開発され、2014年に特許を取得しました。^{[3] Cycleoは後に}Semtechに買収されました。^[4]

LoRaWAN（Long Range Wide Area Network）は、通信プロトコルとシステムアーキテクチャを定義します。LoRaWANは、国際電気通信連合（ITU）の公式標準、ITU-T Y.4480です。^[5] LoRaWANプロトコルの継続的な開発は、Semtechが創設メンバーであるオープンな非営利のLoRa Allianceによって管理されています。

LoRaとLoRaWANは、地域、国、またはグローバルネットワークでバッテリー駆動のデバイスをインターネットにワイヤレスで接続するように設計された低電力広域（LPWA）ネットワークプロトコルを定義し、双方向通信、エンドツーエンドのセキュリティ、モビリティ、ローカリゼーションサービスなどの主要なモノのインターネット（IoT）要件を対象としています。低電力、低ビットレート、IoTの使用により、このタイプのネットワークは、ユーザーまたは企業を接続し、より多くの電力を使用してより多くのデータを伝送するように設計されたワイヤレスWANと区別されます。LoRaWANのデータレートは、チャネルあたり0.3 kbit/s〜50 kbit/sの範囲です。^[6]

LoRaは、ヨーロッパでは免許不要のサブギガヘルツ無線周波数帯域EU868（863〜870/873 MHz） 、南米ではAU915/AS923-1（915〜928 MHz） 、北米ではUS915（902〜928 MHz） 、インドではIN865（865〜867 MHz）、アジアではAS923（915〜928 MHz）を使用する。^[7] LoRaは、低消費電力で長距離伝送を可能にする。^[8]この技術は物理層をカバーし、LoRaWANなどの他の技術やプロトコルは上位層をカバーする。拡散係数に応じて、0.3 kbit/sから27 kbit/sのデータレートを実現できる。^[9]

LoRaは、モノのインターネットの実装のための最も人気のある低電力無線センサーネットワーク技術の1つであり、ZigbeeやBluetoothなどの技術に比べて長距離通信が可能ですが、データレートは低くなります。^[10]

LoRaデバイスには、ゲートウェイからのタイムスタンプを介してデバイスの位置を三辺測量するために使用される地理位置情報機能があります。^[11]

LoRa は、チャープ拡散スペクトル(CSS) 変調に類似した、独自の拡散スペクトル変調を使用します。各シンボルは、周波数間隔 ( ) 上の巡回シフトされたチャープによって表されます。ここで、 は信号の中心周波数と帯域幅 (ヘルツ単位) です。拡散率 (SF) は、5 から 12 までの選択可能な無線パラメータ^[12]であり、ビットあたりに送信されるシンボルの数を表し、さらに、情報が時間の経過とともにどれだけ拡散されるかを決定します。^[2]巡回シフトされたチャープには、さまざまな初期周波数があります(瞬間周波数は線形に増加し、最大周波数 に達するとに折り返されます)。^[13]シンボルレートは によって決まります。LoRa は、SF、つまり使用される拡散量を選択することで、データレートと感度をトレードオフできます (固定チャネル帯域幅 と想定)。SF が低いほどデータレートは高くなりますが感度は低くなります。SF が高いほど感度は高くなりますが、データレートは低くなります。^[14]低いSFと比較して、高いSFで同じ量のデータを送信するには、time-on-airと呼ばれるより長い送信時間が必要です。time-on-airが長いということは、モデムがより長い時間送信し、より多くのエネルギーを消費することを意味します。一般的なLoRaモデムは、最大+22 dBmの送信電力をサポートしています。^[12]ただし、各国の規制により、許可される送信電力がさらに制限される場合があります。送信電力が高いほど、受信機での信号電力が高くなり、リンクバジェットが高くなりますが、より多くのエネルギーを消費することになります。エネルギー消費、通信距離、および媒体アクセス効率に関するLoRaのパフォーマンスの測定研究があります。^[15] LoRa開発ポータルによると、LoRaが提供する範囲は、都市部で最大3マイル（4.8 km）、農村部（見通し線）で最大10マイル（16 km）以上です。^[16]${\displaystyle f_{0}-B/2,f_{0}+B/2}$${\displaystyle f_{0}}$${\displaystyle B}$${\displaystyle M=2^{\mathrm {SF} }}$${\displaystyle f_{0}-B/2}$${\displaystyle f_{0}+B/2}$${\displaystyle R_{s}=B/2^{\mathrm {SF} }}$${\displaystyle B}$

さらに、LoRaは前方誤り訂正符号を使用して干渉に対する耐性を向上させます。LoRaの高範囲は、約155dBから170dBの高い無線リンクバジェットによって特徴付けられます。 ^[17] LoRaの範囲拡張器はLoRaXと呼ばれます。

LoRa は下位の物理層を定義するため、上位のネットワーク層が不足していました。LoRaWAN は、ネットワークの上位層を定義するために開発されたプロトコルです。LoRaWAN はクラウドベースのメディア アクセス制御(MAC) 層プロトコルですが、LoRa Alliance が管理するルーティング プロトコルとして、主にLPWAN ゲートウェイとエンド ノード デバイス間の通信を管理するためのネットワーク層プロトコルとして機能します。

LoRaWANはネットワークの通信プロトコルとシステムアーキテクチャを定義し、LoRaの物理層は長距離通信リンクを可能にします。LoRaWANは、すべてのデバイスの通信周波数、データレート、電力の管理も担当します。^[18]ネットワーク内のデバイスは非同期であり、送信可能なデータがあるときに送信します。エンドノードデバイスによって送信されたデータは、複数のゲートウェイによって受信され、ゲートウェイはデータパケットを集中ネットワークサーバーに転送します。^[19]その後、データはアプリケーションサーバーに転送されます。^{[20] [21]}このテクノロジーは中程度の負荷に対して高い信頼性を示しますが、確認応答の送信にはパフォーマンスの問題があります。^[22]

無線通信、特に IoT アプリケーションでは、信頼性の高い通信と全体的なスペクトル効率を実現するために、衝突回避が不可欠です。これまで、LoRaWAN はメディア アクセス制御(MAC) 層プロトコルとしてALOHAに依存していましたが、これを改善するために、LoRa Alliance の技術勧告 TR013 ^[23]ではCSMA-CAが導入されました。これにより、拡散係数の直交性^[15]やノイズ フロア以下の通信機能[ 15] などの LoRa 特有の変調の利点が損なわれることはありません。TR013 ^[23]で指定されている CAD ベースの CSMA 技術を採用すると、 LoRa 変調の前述の 2 つの利点を維持できない受信信号強度(RSS) ベースのセンシングに依存する制限が克服されます。したがって、TR013 を実装すると、LoRaWAN のスペクトル効率が向上し、混雑した環境を含め、より信頼性の高いデバイス通信が保証されます。^[23] TR013はLMAC ^[24]に基づいており、LoRa Allianceの産学連携による技術勧告の最初のものである。^{[25] [26]}

• 2015年1月: 1.0 ^{[27] [28]}
• 2016年2月: 1.0.1 ^[29]
• 2016年7月: 1.0.2 ^[30]
• 2017年10月：1.1、クラスBを追加^[31]
• 2018年7月: 1.0.3 ^[32]
• 2020年10月: 1.0.4 ^[33]

LoRa Alliance は、大規模な IoT 展開や遠隔地やアクセスが困難な場所での展開における LoRaWAN 標準の世界的な採用をサポートし、促進することを使命とするオープンな非営利団体です。

メンバーは、デバイス メーカー、ソリューション プロバイダー、システム インテグレーター、ネットワーク オペレーターの活気あるエコシステムで協力し、パブリック、プライベート、ハイブリッド、コミュニティ ネットワークを使用して、IoT を世界中に拡張するために必要な相互運用性を実現します。アライアンス内の主な重点分野は、スマート農業、スマート ビルディング、スマート シティ、スマート インダストリー、スマート ロジスティクス、スマート ユーティリティです。

LoRaアライアンスの主な貢献メンバーには、Actility、Amazon Web Services、Cisco、Everynet、Helium、Kerlink、MachineQ（Comcast Company）、Microsoft、MikroTik、Minol Zenner、Netze BW、Semtech、Senet、STMicroelectronics、TEKTELIC、The Things Industriesなどがあります。^[34] 2018年、LoRaアライアンスには100か国以上に100を超えるLoRaWANネットワークオペレーターが参加していましたが、2023年には200近くにまで増加し、世界中のほぼすべての国をカバーしています。^[35]

2024年10月1日、シスコは、Cisco LoRaWANゲートウェイの移行の計画はなく、「LoRaWAN分野から撤退する」と発表した。^[36]

• DASH7 — LoRaの人気のオープン代替品
• IEEE 802.11ah — 非独占的低電力長距離規格
• CC430 — MCU およびサブ 1 GHz RF トランシーバー SoC
• NB-IoT — 狭帯域モノのインターネット
• LTE Cat M1  – セルラーデバイステクノロジー
• MIoTy — センサーネットワーク向けサブGHz LPWANテクノロジー
• SCHC — 静的コンテキスト ヘッダー圧縮
• 短距離デバイス – 無線送信機のクラス
• Helium（暗号通貨） — ブロックチェーン技術と組み合わせたLoRaWANプロトコル
• Amazon Sidewalk — Amazonが開発したメッシュワイヤレスネットワーク
• Meshtastic — LoRaを使用する人気のオープンソースメッシュネットワークプロトコル

• Olivier Bernard André Seller。「無線通信方法」、米国特許第 9,647,718 号。2015 年 9 月 9 日。
• Lee, Chang-Jae、Ki-Seon Ryu、Beum-Joon Kim。「スリープ モードのモバイル ステーション向けワイヤレス アクセス システムにおける周期的距離測定」。米国特許番号 7,194,288。2007 年 3 月 20 日。
• Ghoslya, Sakshama (2019-04-17)。「LoRa シンボルの生成方法」。LoRaと LoRaWAN のすべて。
• Quigley、Thomas J.、および Ted Rabenko。「通信システムにおける遅延の削減」。米国特許番号 7,930,000。2011 年 4 月 19 日。
• Bankov, D.; Khorov, E.; Lyakhov, A.「LoRaWAN チャネル アクセスの限界について」。2016国際工学通信会議 (EnT) : 10–14。
• Seneviratne、Pradeeka。「Arduino で LoRa 無線ネットワークを始める - 長距離、低電力のワイヤレス IoT ネットワークを構築する」Apress、2019、電子書籍ISBN 978-1-4842-4357-2、ソフトカバーISBN 978-1-4842-4356-5、Ed: 1  

• LoRaアライアンス
• LoRa 開発者ポータル
• Wayback Machineの Cycleo ウェブサイト(2011-07-29 アーカイブ)