LoRa on noussut yhdeksi maailman laajimmin käytetyistä IoT-yhteystekniikoista, mutta useimmat verkot perustuvat yhä tähtitopologiaan ja verkkovirtaan kytkettyihin yhdyskäytäviin. Neocortecin kehittämän NeoMesh-reitityksen yhdistäminen LoRan fyysiseen kerrokseen tähtää pitkän kantaman, itsekorjautuvien mesh-verkkojen toteuttamiseen ilman tiheää gateway-infrastruktuuria.

Thomas Steen Halkier, Neocortec

Langaton yhteys on IoT-sovellusten perusedellytys. Jokaisella käyttökohteella on kuitenkin omat vaatimuksensa ja käyttöolosuhteensa, minkä vuoksi rinnakkain elää useita eri tekniikoita. Nyt kaksi keskeistä IoT-langattoman viestinnän teknologiaa yhdistetään ensimmäistä kertaa, jolloin suunnittelijat saavat molempien hyödyt käyttöönsä.

NeoMeshin helppo asennus, erittäin suuri skaalautuvuus ja matala tehonkulutus yhdistyvät LoRa-modulaation todistettuun kykyyn toimia pitkillä etäisyyksillä ja häiriöisissä ympäristöissä. Yhdistelmä parantaa molempien teknologioiden arvoa ja tuottaa ratkaisun, joka toimii hyvin laajemmassa sovelluskirjossa.

LoRa (Long Range) juontaa juurensa yli 20 vuoden taakse ja on nykyisin yksi yleisimmin käytetyistä langattomista yhteystekniikoista. LoRa Alliancen helmikuussa 2025 julkaistun vuoden 2024 raportin mukaan kesäkuuhun 2024 mennessä maailmassa oli käytössä yli 350 miljoonaa LoRa-päätelaitetta ja 6,9 miljoonaa gatewayta.

LoRa tarjoaa IoT:lle useita etuja, kuten pitkän kantaman, toimintakyvyn häiriöisessä ympäristössä ja suhteellisen alhaisen tehonkulutuksen. Se soveltuu erityisen hyvin tiedonsiirtoon pitkillä etäisyyksillä ja päihittää esimerkiksi Wi-Fin ja Bluetoothin laajojen verkkojen sovelluksissa. Toisin kuin monet muut tekniikat, LoRa käyttää laajakaistaista, taajuutta pyyhkäisevää modulaatiota, jonka ansiosta vastaanotin pystyy havaitsemaan signaalin myös kohinan läsnä ollessa.

LoRaWAN-protokollapinon kanssa LoRa muodostaa verkon, jossa gatewayt ja päätelaitteet muodostavat päällekkäisistä tähdistä koostuvan topologian. Tämä voi aiheuttaa haasteita tehonkulutuksessa. Vaikka päätelaitteet kuluttavat vähän energiaa, gatewayt tarvitsevat verkkovirtaa, jota on vaikea järjestää syrjäisissä kohteissa.

Tässä NeoMeshin aito mesh-lähestymistapa tuo etunsa. Jokainen NeoMesh-solmu toimii sekä lähettimenä että vastaanottimena, ja viestit reitittyvät verkon kautta yhdyskäytävälle tai useille gatewayille, jos virtaa on saatavilla. Solmut synkronoidaan tarkasti, joten ne tietävät milloin dataa siirretään ja aktivoituvat vain tarvittaessa. Tämä minimoi tehonkulutuksen ja mahdollistaa esimerkiksi sensorisolmujen toiminnan pienillä paristoilla vuosien ajan.

NeoMeshin helppo käyttöönotto, erittäin hyvä skaalautuvuus ja paristokäyttöiset reitityssolmut ovat sen keskeisiä vahvuuksia. Verkko muodostetaan yksinkertaisesti sijoittamalla solmut kantaman sisälle toisistaan. Optimaalinen reitti gatewaylle muodostuu automaattisesti ja uusia solmuja voidaan lisätä tarpeen mukaan.

Jokaisen siirron yhteydessä verkko optimoi reitityksen uudelleen, joten käyttöönotto on kevyttä. Yksi verkko voi tukea tuhansia solmuja. Jos yksittäinen solmu vikaantuu, verkko ohjaa liikenteen automaattisesti vaihtoehtoista reittiä pitkin, jolloin järjestelmä pysyy toiminnassa ja tehottomuus minimoidaan.

NeoMesh LoRa-modulaatiolla

LoRan fyysisen kerroksen ja NeoMesh-protokollapinon yhdistelmä tuottaa enemmän kuin osiensa summa. LoRa mahdollistaa pitkät etäisyydet ilman mesh-verkoille tyypillistä suurta solmutiheyttä ja toimii myös voimakkaan vaimennuksen tai häiriöiden olosuhteissa.

NeoMesh puolestaan yksinkertaistaa asennusta ja mahdollistaa verkon laajentamisen ilman suurta määrää kalliita ja paljon energiaa kuluttavia gateway-laitteita.

LoRa tukee myös 2,4 GHz taajuusaluetta, mikä pienentää antennikokoa ja mahdollistaa yhden globaalin laiteversion käytön. Tämä ei ole mahdollista alle gigahertsin taajuuksilla.

NeoMesh tarjoaa erittäin hyvän häiriönsietokyvyn sekä 2,4 gigahertsin että alle gigahertsin taajuusalueilla.

Sovellukset

Lähestymistapa, jossa tunnustetaan ettei yksi tekniikka sovi kaikkiin tilanteisiin, mahdollistaa jo nyt useita sovelluksia.

Australiassa maanviljelijät käyttävät mesh-verkkoja sensorien hajauttamiseen laajoille alueille. farmIT tarjoaa etävalvontaratkaisuja ilman kuukausimaksuja. Sensorit mittaavat muun muassa vesisäiliöitä, juottoaltaita, patoja, portteja, sademääriä, rokotejääkaappeja, maaperän lämpötilaa ja kosteutta sekä pumppuja. LoRa vähentää tarvittavien viestintäsolmujen määrää samalla kun yhteys pysyy luotettavana.

Myös kaivosteollisuus hyötyy. Sensorit parantavat turvallisuutta ja tehokkuutta havaitsemalla esimerkiksi kaasuvuotoja ja tulipaloja. Tärinäanturit voivat varoittaa tunnelin sortumisesta etukäteen.

LoRaWAN-verkko olisi mahdollinen, mutta vaatisi suuren määrän kalliita ja paljon energiaa kuluttavia gateway-laitteita. NeoMesh LoRan päällä poistaa verkkovirran tarpeen ja vähentää kaapeloinnin kustannuksia samalla kun yhteys toimii myös häiriöisissä ympäristöissä.

Sensors-lehdessä julkaistu tutkimus “Sensors for Digital Transformation in Smart Forestry” korostaa lämpökameroiden merkitystä metsäpalojen havaitsemisessa, villieläinten seurannassa ja puiden kunnon arvioinnissa.

Tällaisissa ympäristöissä NeoMesh on luonteva valinta helpon asennuksen ja virran puutteen vuoksi. Metsäympäristö kuitenkin vaimentaa radiosignaaleja, joten LoRan ja NeoMeshin yhdistelmä sopii erityisen hyvin näihin olosuhteisiin.

Myös älyrakennukset ovat merkittävä kohde. Alle gigahertsin NeoMesh toimii, mutta antennit ovat suuria eikä taajuusalue ole globaali. Euroopassa käytetään 868 MHz ja Yhdysvalloissa 915 MHz taajuuksia.

Euroopassa tehorajat ja lähetyssyklirajoitukset ovat tiukempia, mikä edellyttää eri laiteversioita eri markkinoille.

Siksi suunnittelijat siirtyvät 2,4 GHz taajuuteen. Rakennukset ovat kuitenkin radiomeluisia ympäristöjä Wi-Fin ja Bluetoothin vuoksi, ja rakenteet vaimentavat korkeampia taajuuksia.

LoRan ja NeoMeshin yhdistelmä ratkaisee nämä haasteet. LoRa toimii häiriöissä, ja NeoMesh tuo skaalautuvuuden, helpon asennuksen, itsekorjautuvuuden ja alhaisen tehonkulutuksen.

Saatavuus

NeoMesh-ohjelmistopino on nyt saatavilla Embit S.R.L.:n valmistamassa LoRa-moduulissa, jonka avulla suunnittelijat voivat arvioida teknologiaa. EMB-LR1121-e/mesh-moduuli täyttää globaalit sub-GHz- ja 2,4 GHz -taajuusvaatimukset ja perustuu Semtechin LR1121-lähetinvastaanottimeen sekä STM32-mikro-ohjaimeen.

Neocortecin artikkeli löytyy uudesta ETNdigi-lehdestä. Äänestä lehden parasta artikkelia ja voit voittaa Huawein uuden Watch GT Runner 2 -älykellon. Ohjeet täällä.