Future of LoRa – According to Nicolas Sornin

The Things Conference, event global pertama seputar LoRa dan LoRaWAN, berlangsung di Belanda pada tanggal 1 – 3 Februari 2018 kemarin. Sayangnya, walaupun sudah berencana sejak lama untuk hadir, saya tidak berkesempatan datang.

Tapi untungnya, The Things Conference cukup berbaik hati merilis beberapa video di channel Youtube The Things Network. Salah satunya adalah presentasi dari penemu LoRa, Nicolas Sornin, tentang masa depan LoRa, yang bisa dinikmati di sini:

Jujur, saya belum pernah tahu dan mencari tahu siapa penemu LoRa sebenarnya. Yang saya tahu, teknologi LoRa memang bukan milik Semtech (pembuat chip LoRa) pada awalnya, dan mereka mendapatkannya melalui akuisisi sebuah startup. Ternyata startup tersebut adalah Cycleo, dan Nicolas adalah CTO Cycleo pada waktu itu.

OK, kembali ke presentasi Nicolas tentang masa depan LoRa, saya menangkap beberapa hal yang sangat menarik dan saya coba jelaskan berikut ini.

1. Geolocation

Geolocation berbasis LoRa adalah fitur yang ramai dibicarakan dan ditunggu-tunggu. Bahkan menurut Nicolas, dan saya sangat sependapat, Geoloc adalah killer app dari IoT, dan kebetulan, asset tracking berbasis geoloc adalah salah satu fokus perusahan saya DycodeX.

Dalam Geolocation, dibutuhkan sekumpulan teknologi untuk mencapai hasil tertentu (akurasi, coverage), tidak harus selalu berbasis satu teknologi dan pola pikir untuk mencakup semua hal. Sehingga masa depan dari geolocation (apalagi yang berbasis LoRa) adalah penggabungan dari beberapa teknologi yang saling mendukung.

LoRa-loc (yang bisa berbasis Time Difference of Arrival (TDOA) dan Received Signal Strength Indicator (RSSI)) adalah teknologi geolocation yang paling bersahabat dengan konsumsi daya, dan bisa menjadi trigger untuk mengaktifkan teknologi lainnya yang lebih presisi. Dengan LoRa-loc, lokalisasi sederhana bisa diketahui, misalnya untuk geofencing atau mengetahui device bergerak atau tidak. Pada saat diperlukan lokalisasi yang lebih akurat, LoRa-loc bisa men-trigger pengaktifan teknologi lain seperti GNSS (GPS, Beidou, Galileo, GLONASS) atau WiFi secara on-demand.

Tantangannya adalah bagaimana membuat WiFi dan GNSS semakin low power di masa depan. Selain itu, karena adanya keterbatasan volume konektifitas ke cloud dalam LoRa, perlu adanya local intelligence di dalam device untuk menentukan hal-hal misalnya: kapan perlu menentukan lokasi, akurasi yang diinginkan, mau pakai teknologi apa (LoRa-loc atau GNSS misalnya), dan penggunaan sensor IMU (accelerometer, gyroscope, magnetometer) untuk menentukan hal-hal sederhana (apakah device mulai bergerak, arahnya kemana, dll).

Selain itu, teknologi geolocation dalam LoRa akan dibantu oleh intelligence di sisi cloud, seperti yang diceritakan dalam presentasi lainnya, dimana Semtech menceritakan tentang effort untuk mendukung fungsionalitas geolocation berbasis LoRa/LoRaWAN. Mereka merilis platform Collos, collaborative effort untuk menyediakan location services. Saat ini Collos masih berstatus private beta, dan siapapun bisa apply for membership.

2. Multi-Region Devices

Berkaitan dengan geolocation, bagaimana mengetahui sebuah device berada di region yang berbeda (Europe, US, Asia), mengingat aturan frekuensi yang berbeda dari setiap region. Untuk mengetahui region dimana device berada, device harus memancarkan sinyal terlebih dahulu, tapi bisa jadi frekuensi yang dipakai untuk transmisi tidak diperbolehkan di region yang bersangkutan.

Solusinya adalah dengan menanam software stack yang jalan di device yang akan membuat chip LoRa untuk men-scan sinyal-sinyal sekitar (cellular broadcast, TV, dan lain-lain – chip LoRa bisa melakukan itu), dan menentukan frekuensinya. Lalu berdasarkan compact database yang ditanam di dalam LoRaWAN software stack, bisa diketahui region dimana device berada.

3. Security

Di dalam chip LoRa di masa datang akan sudah ter-embed unique ID dan sebuah root key, yang terdaftar di dalam Join Server (bisa di-operate oleh siapa saja dengan syarat-syarat tertentu). Dalam perjalanan manufacturing device, dan selama proses Join request ke network dan pertukaran data, tidak satu pihakpun bisa melihat key tersebut. Bahkan key tersebut tidak akan di-expose ke pengguna/pemilik device.

4. FOTA

Selain geolocation, Firmware Over The Air (FOTA) juga merupakan fitur yang ditunggu-tunggu dari teknologi LoRa/LoRaWAN. LoRa alliance menargetkan untuk mendukung multicast download dari firmware ke satu atau sekumpulan device pada saat yang bersamaan. Firmware bisa berupa full image, atau hanya berupa patch. Untuk itu, perlu teknologi pendukungnya diantaranya: firmware compression, file integrity checking, dan open source bootloader (yang memungkinkan decompression dan instalasi dari firmware atau patch).

5. Upstream Encoder

Teknologi LoRa bersifat asimetrik, yang dioptimasi untuk uplink, bukan downlink, sehingga setiap paket yang dikirim (uplink) tidak bisa selalu di-acknowledge (downlink) mengingat kapasitas downlink yang terbatas.

Upstream Encoder memungkinkan server untuk merekonstruksi “missing points” atau gap dari sekumpulan data yang dikirim. Bayangkan jika kita mengirim data sensor temperature atau koordinat lokasi setiap interval waktu tertentu, ada kemungkinkan terjadi data yang hilang di tengah-tengah. Dengan Upstream Encoder, software library di sisi device akan menambahkan redudancy dan error correction code yang memungkinkan server merekonstruksi missing points begitu paket diterima, sehingga dengan seiring waktu data points yang hilang akan mulai terlihat. Dan menariknya, semua itu tidak memerlukan acknowledge sama sekali (downlink). Dari sisi aplikasi, aplikasi kita cukup mem-publish data seperti biasanya, dan membiarkan Upstream Encoder yang mengurusi “filling the gaps” tadi.

Masih banyak hal-hal seru lainnya di dalam presentasi tersebut, misalnya:

  • Penghematan energi
  • Kapasitas jaringan LoRaWAN
  • dan Packet Broker

Untuk mengetahui lebih lanjut, silahkan tonton sendiri ya :)