LoRa とは実際には何なのか、そしてなぜ携帯電話の塔なしでメッセージを何マイルも送信できるのか

趣味の電子空間に少しでも時間を費やしたことがある人なら、おそらく「LoRa」という用語を一度は聞いたことがあるでしょう。 Wi-Fi や携帯電話ネットワークと同様に、LoRa を使用して空中でデータを送受信できます。

ただし、LoRa をまったく異なるテクノロジーにする大きな違いがいくつかあります。

LoRa は「長距離」の略称です

低出力、高範囲

LoRa という用語は「長距離」の略であり、他の無線通信形式と同様に、LoRa はデータの送受信に電波を利用します。 LoRa は効率を念頭に置いて設計されており、航続距離を最大化し、消費電力を最小限に抑えます。

このため、Wi-Fi などの同様のテクノロジーとは大きく異なります。 Wi-Fi は高いデータ スループットを実現するように設計されており、通常は通信範囲が非常に短いです。また、Wi-Fi は LoRa よりも多くの電力を消費するため、バッテリー駆動のスマート ホーム センサーの多くは Zigbee や Thread などのメッシュ ネットワークを使用します。

比較すると、LoRa は少量のデータを長距離に送信するように設計されています。完璧な条件下では、このテクノロジーは 200 マイルまたは 300 km の距離でも機能します。実際には、多くの場合、約 6 マイルまたは 10 km で上限に達します。

LoRa は、帯域幅よりも通信範囲を優先した場合に発生します。そのため、長距離のテキスト送信には最適ですが、画像やビデオの送信に必要な大量のデータの送信には適していません。ちなみに、LoRa の最大転送速度は 0.3 kbit/s ～ 27 kbit/s の間、つまり 0.0375 KB/s ～ 3.375 KB/s になります。これは、平凡なダイヤルアップ インターネット接続の領域に位置します。

LoRa 標準では、地域ごとに異なる帯域が使用されており、そのすべてに規制がありません。これは、HAM 無線の場合のように、この技術が動作するためにライセンスを必要としないことを意味します。北米では、これは 865 ～ 867MHz です。ヨーロッパでは、863 ～ 873MHz または 433 ～ 434MHz です。

LoRa の議論に関連するのは LoRaWAN です。 LoRa はデータが送信される基盤となるテクノロジーを指しますが、LoRaWAN はテクノロジーが実装されるプロトコルとネットワーク アーキテクチャを指します。

メッシュ ネットワークにより LoRa がさらに向上

Meshtastic と MeshCore

非常に低い電力コストで長距離にデータを送信できることには、明らかな利点がいくつかあります。 LoRa を使用して、ホーム ネットワークから遠すぎるメールボックス内のセンサーなどのスマート ホーム デバイス間でデータを転送する場合もあります。もう 1 つの良い例は、サーバーから数マイル離れた気象観測所から無線で情報を収集することです。

LoRa は、より広範なネットワーク構造を使用して、さらに長距離をカバーできます。 Meshtastic と MeshCore は、その名前が示すように、LoRa テクノロジーのメッシュベースの実装です。 LoRa ネットワーク内で複数の「ノード」を使用すると、ノード間を「ホッピング」することで、より長距離にデータを送信できます。

これらのピアツーピア テクノロジーはどちらもオープンソースで無料で使用できますが、この 2 つを分ける大きな違いがいくつかあります。 Meshtastic ネットワークでは、LoRa デバイスは同じファームウェアを使用してクライアント、リピータ、ルーターとして機能します。 MeshCore ネットワークには、さまざまなジョブを念頭に置いて設計された 3 つの異なるファームウェアがあります。コンパニオンはクライアント デバイス、リピーターは転送ノード、ルーム サーバーは基本的にメッセージ履歴を保存するバッファであり、クライアント デバイスがネットワークに戻ってきたときにキャッチアップできるようにします。

Meshtastic の標準ホップ制限は 7 です。これは、ブロードキャストがメッシュ ネットワーク上の 7 ノードを超えることはできないことを意味します (ただし、MQTT ブリッジと特殊なファームウェアが役立ちます)。 MeshCore には 64 ホップというはるかに大きな制限があります。 MeshCore は、ネットワークを介して「パス」を見つけるために使用するデータが少ないため、より高速なクライアントとしても見なされますが、Meshtastic は、ネットワークを介してルーティングするときに送信全体でチャネルを「フラッディング」する方法により低速です。

おそらく、この 2 つの実質的な最大の違いは、Meshtastic の方がはるかに親しみやすいことです。これは「プラグ アンド プレイ」オプションであるとよく説明されますが、MeshCore にはさらに多くの可動部分があります。利点としては、必要に応じて、同じハードウェアを使用して 2 つを切り替えることができます。

独自の LoRa デバイスを購入または構築する

参加すべき理由

LoRa を使い始めたい場合は、独自のデバイスを構築または購入するのが比較的簡単です。 Meshtastic Getting Started ガイドを参照し、MeshCore ノードのリストを熟読して、何が関係しているのかを知ることができます。複雑な意思決定をたった 1 つのアドバイスにまとめると、簡単に導入でき、利用したいエリア内に近くのノードがある場合は Meshtastic をお勧めします。より堅牢で複雑なセットアップに慣れている場合は MeshCore をお勧めします。

最終的に使用するデバイスは通常、ESP32 などのマイクロコントローラー、充電式バッテリー、適切なアンテナに依存します。 nRF52 シリーズのような低電力チップを入手できれば、バッテリー寿命はさらに長くなります。

では、なぜ LoRa を気にするのでしょうか?それは状況によります。 MeshCore 自体は、ニュージーランドで発生した深刻な熱帯低気圧により、広範囲にわたって通信が停止したことを受けて誕生しました。これらのテクノロジーは両方とも、人々が使用している限り、そのようなイベントが発生した場合に同様のギャップを埋める可能性があります。

これに加えて、LoRa は、ハイカー、キャンピングカー、スキーヤー、およびオフグリッドを冒険するあらゆる人にとって、デバイス間のピアツーピア通信に最適です。都市では、インターネットに依存せずにローカル ネットワークに参加して (スマートフォンやコンピューター経由で) メッセージを送信するのが楽しいです。そして、趣味的な要素があります。なぜですか。 ない 安価で比較的簡単に始められるので試してみませんか？

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LoRa 通信デバイスは、週末をかけて構築したいメッシュベースの ESP32 プロジェクトの 1 つにすぎません。