Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)

Mạng không dây diện rộng công suất thấp
LoRaWAN trong triển khai Free LoRa tại
thành phố Đà Nẵng, Việt Nam
Trần Văn Líc, Lê Quốc Huy, Ngơ Đình Thanh

Fabien Ferrero, Lê Thành Nhân

Trường Đại học Bách khoa
Đại học Đà Nẵng
Thành phố Đà Năng, Việt Nam
, ,

Viện công nghệ quốc tế Đà Nẵng - DNIIT
Đại học Đà Nẵng, Đại học Côte d’Azur
Thành phố Đà Nẵng, Việt Nam


Nguyễn Quang Thanh, Lê Sơn Phong, Trần Thanh Trúc, Phạm Thế Nhân
Sở Thông tin và Truyền thông
Thành phố Đà Nẵng, Việt Nam
,

Tóm tắt—Giao thức mạng diện rộng cơng suất thấp (LPWAN), tiêu biểu như mạng diện rộng tầm xa (LoRaWAN)
trong giao tiếp không dây cho các thiết bị Internet of
Things (IoT), đang được nghiên cứu và thử nghiệm trong
thời gian gần đây. Bài báo này trình bày việc triển khai
mạng LoRaWAN tại thành phố Đà Nẵng. Các bước khác
nhau từ thử nghiệm sơ bộ đến triển khai mạng đầy đủ
và các vấn đề liên quan đến nhiễu với mạng điện thoại di

động được trình bày và thảo luận. Các phương pháp thử
nghiệm với thiết bị khác nhau được sử dụng để đánh giá
hiệu suất mạng cũng được đề cập đến trong bài báo.
Từ khóa—LPWAN, LoRa, LoRaWAN, vùng phủ sóng

I. GIỚI THIỆU
Gần đây, mạng diện rộng cơng suất thấp đã được quan
tâm nhiều ở Việt Nam nhờ các khả năng độc đáo của nó
như: truyền dữ liệu tầm xa ,có thể triển khai cả ngồi trời
và trong nhà, chi phí triển khai thấp, tiêu thụ điện năng
thấp. Những lợi thế này khiến LPWAN, như LoRaWAN,
là một lựa chọn thiết thực cho các ứng dụng IoT trong
việc triển khai thành phố thông minh, du lịch thông
minh, nông nghiệp thông minh, đại học thông minh,
v.v.
Thành phố Đà Nẵng là thành phố lớn thứ năm ở Việt
Nam với dân số khoảng 1 triệu người và là trung tâm
kinh tế và giáo dục của miền Trung Việt Nam. Thành
phố được đánh giá là một trong những thành phố tích cực
nhất tại Việt Nam trong việc phát triển mơ hình Thành
phố thơng minh. Một trong những trụ cột quan trọng
nhất cho mơ hình Thành phố thông minh của thành phố
Đà Nẵng là cơ sở hạ tầng cho công nghệ truyền thông

ISBN 978-604-80-5958-3

169

bao gồm Internet và mạng IoT khác như Narrowband
IoT (NB-IoT), LoRA, Sigfox.

Vì vậy, để triển khai hạ tầng công nghệ truyền thông
LoRaWAN tại thành phố Đà Nẵng, việc lắp đặt thử
nghiệm và đánh giá trong điều kiện thực tế là thật sự
cần thiết. Mục tiêu nhằm đánh giá được mức độ phủ
sóng trong điều kiện môi trường thực tế trong các khu
vực, từ các khu vực đông dân cư như khu vực đô thị
đến các khu vực thưa thớt dân cư như vùng ngoại ơ,
ngồi ra việc đánh giá chất lượng phủ sóng của các loại
Gateway và ảnh hưởng can nhiễu với băng tần GSM
cũng cần được thực hiện.
II. THIẾT KẾ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG
A. Thông số kỹ thuật
Theo quy định mới nhất của cơ quan có thẩm quyền
của Việt Nam, kể từ tháng 11 năm 2020, quy hoạch tần
số industrial, scientific and medical (ISM) cho mạng
LPWAN là từ 920 đến 923 MHz (Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia Việt Nam, số 1122: 2020/ BTTTT, về thiết bị
vô tuyến trong mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN)
hoạt động trong dải tần từ 920 MHz đến 923 MHz) [1].
Gói tần số này thực sự là dải tần số tự do giữa các
kênh giới hạn đường lên - uplink (915 MHz) và kênh
giới hạn đường xuống - downlink (925 MHz) của các
mạng di động trên nền GSM ở Việt Nam như được trình
bày trong Hình 1. Sử dụng gói tần số 920-923 MHz
này, chúng tơi đã cấu hình và triển khai các Gateway
LoRaWAN (từ các nhà sản xuất khác nhau như Kerlink,


Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)


Rak) với các kênh gần nhất có thể với gói tần số AS9232 do liên minh LoRA - LoRA Alliance (công bố phiên
bản RP002-1.0 .1, phát hành vào ngày 20 tháng 2 năm
2020: ub/rp2 − 101 −
lorawan − regional − parameters − 2/).

C. Vị trí của các Gateway

Hình 1. Gói tần số cho LPWAN ở Việt Nam và dải tần của mạng di
động dựa trên GSM

B. Cấu hình của Gateway và các kênh tần số
Hai loại LoRaWAN Gateway là Rak7240 và Kerlink
iBTS, cùng là loại Gateway sử dụng ngoài trời (outdoor)
với khả năng sử dụng 8 kênh tần số trong băng tần 920923Mhz và đều hỗ trợ kết nối 4G [2], [3]. Hai loại
Gatewy này sử dụng trong thử nghiệm với các kênh tần
số như được mô tả trong Bảng I. Radio 0 và Radio 1
trong Bảng I lần lượt là 921,8 MHz và 922,7 MHz.
Gateway được kết nối với Internet thông qua cổng
Ethernet và được cấp nguồn qua cổng Power over
Ethernet (PoE). Dữ liệu truyền tới Gateway được cấu
hình để chuyển tiếp đến Network Server The Things
Network (TTN), đây là một server LoRaWAN miễn phí
dùng để thử nghiệm. Sau đó, phần mềm TTN Mapper
được sử dụng để đưa lên thông tin như vị trí, cường độ
tín hiệu Received Signal Strength Indicator (RSSI) và
tỷ số tín hiệu trên nhiễu Signal-to-Noise Ratio (SNR).
Mục đích của TTN Mapper là cung cấp bản đồ về phạm
vi phủ sóng thực tế của LoRaWAN Gateway. Sơ đồ của
hệ thống thử nghiệm LoRaWAN được mơ tả trong Hình
2.


Hình 3. Thử nghiệm độ phủ sóng của các Gateway

Để tăng cường và đảm bảo độ phủ sóng của Gateway
ở các vị trí ưu tiên cần phủ sóng theo u cầu phát triển
ứng dụng IoT của thành phố Đà Nẵng, việc bố trí các
Gateway cần được xem xét dựa trên các yếu tố sau:
1) Chọn vị trí lắp đặt trên đỉnh của các tòa nhà cao
hoặc trên núi
2) Tuân thủ kỹ thuật trong quá trình lắp đặt cổng kết
nối và tránh lắp đặt ăng-ten gần các vật có từ tính
và đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa các ăng-ten
là 2m.
3) Kết cấu cơ khí để giảm ảnh hưởng của gió, bão
và lắp đặt hệ thống chống sét.
Trong giai đoạn đầu thực hiện dự án Free LoRa,với
thời gian thử nghiệm 6 tháng chạy liên tục Gateway và
kiểm tra vùng phủ sóng tại các thời điểm khác nhau
mỗi tháng, 2 loại Gateway của các nhà sản xuất khác
nhau đã được lắp đặt để tiến hành quá trình đánh giá
độ phủ và tối ưu hóa các vị trí lắp đặt thơng qua thử
nghiệm thực tế tại các vị trí lắp đặt khác nhau. Vị trí
và chiều cao của các Gateway được mơ tả trong bảng
II. Việc thử nghiệm vùng phủ sóng khác nhau đã được
thực hiện trong khu vực Đà Nẵng kết nối ổn định lên
đến 15km như trong Hình. 3.
D. Giảm thiểu nhiễu và lọc nhiễu
Xem xét về độ gần của tần số quy hoạch-frequency
plan của mạng LPWAN với tần số trên dải tần GSM


Hình 2. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm LoRaWAN

ISBN 978-604-80-5958-3

170


Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)

Bảng I
KÊNH TẦN
Kênh
Tần số(MHz)
Radio
Băng thơng

0
921.4
0
125kHz

1
921.6
0
125kHz

2
921.8
0
125kHz


3
922
0
125kHz

VỊ
Vị trí
Tịa nhà DSP
Tịa nhà SPT
Tịa nhà DRT
Bán đảo Sơn Trà

Kinh độ
108.2230598
108.2290901
108.231547
108.273661

5
922.4
1
125kHz

6
922.6
1
125kHz

7

922.8
1
125kHz

LoRastd
922.7
1
125kHz

FSK
923
1
125kHz

Bảng II
GATEWAYS

TRÍ CÁC

Vĩ độ
16.07553058
16.0786091
16.057383
16.1184

và cơng suất bức xạ giới hạn ở mức thấp của mạng
LPWAN, chỉ 25 mW, thì nhiễu có thể là một vấn đề
tiềm ẩn với mạng LPWAN.
Ở Hình. 4, với các phép đo thử nghiệm cho các
Gateway LoRA từ các nhà sản xuất khác nhau (Kerlink

và Rak) đã cho thấy sự giảm đột ngột của khoảng cách
phủ sóng và tỷ số tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu nhận
được với Gateway khơng có bộ lọc hiệu quả (RAK
without filter) và có thể thấy Gateway Kerlink là gateway
có phạm vi phủ sóng lớn hơn nhiều. Gateway Rak chỉ
nhận được phạm vi phủ sóng hạn chế với việc giảm
đáng kể số lượng gó tin nhận được.
Sau khi xem xét phần cứng giữa các nhà cung cấp
gateway khác nhau, chúng tôi nhận thấy rằng, một bộ
lọc khoang (cavity filter) được sử dụng trong gateway
Kerlink đã hoạt động hiệu quả, giảm đáng kể ảnh hưởng
từ các băng tần GSM đường xuống (downlink). Hầu hết
các nhà cung cấp Gateway LoRaWAN không cung cấp
khả năng lọc cụ thể cho thị trường Việt Nam và đang
sử dụng bộ lọc băng tần rộng từ 900 đến 930MHz. Để
lọc băng tần GSM đường xuống (downlink) bắt đầu từ
925MHz, hai chiến lược chính đã được thử nghiệm. Đầu
tiên, một bộ lọc băng thông khoang (cavity filter) đặt
bên ngoài nằm trong khoảng từ 920 đến 923MHz với
mức suy hao 50dB ở 925MHz được kết nối giữa ăng-ten
và Gateway. Thứ hai, Rak gateway được thêm vào bộ lọc
(SAW filter) trong dải tần 909,22MHz 922,64MHz.
Để đánh giá hiệu quả vùng phủ sóng, ba cấu hình
Gateway khác nhau đã được thử nghiệm từ cùng một vị
trí: Gateway Kerlink, Rak với bộ lọc SAW mới và Rak
với bộ lọc khoang-cavity filter bên ngồi. Kết quả cuối
cùng được trình bày trong Hình.4 và Hình. 5.
Kết quả thử nghiệm cho thấy khoảng cách phủ sóng
trung bình ước tính của Gateway có bộ lọc hiệu quả là
khoảng 2 đến 3 km ở khu vực đô thị đông đúc (tức

là trung tâm thành phố) và khoảng 10 km đối với khu

ISBN 978-604-80-5958-3

SỐ

4
922.2
0
125kHz

171

Độ cao(m)
90
40
45
812

Chiều cao anten(m)
2
2
2
2

vực ngoại ơ. Có thể thấy rằng mức cơng suất nhận được
trên Gateway RAK với bộ lọc bổ sung thấp hơn so với
Gateway Kerlink. Tuy nhiên, khoảng cách phủ sóng tối
đa là tương tự, có nghĩa là chúng ta có tỷ lệ tín hiệu
trên nhiễu tương tự trên các cấu hình khác nhau.


Hình 4. So sánh vùng phủ giữa cổng Rak khơng có bộ lọc và cổng
Kerlink

Hình 5. So sánh vùng phủ sóng giữa hai cổng Rak với a cavity filter
and SAW filter


Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021)

E. Thiết bị End-node để kiểm tra vùng phủ sóng và ứng
dụng
Bất kỳ mạng LPWAN nào cũng yêu cầu một số thiết
bị đầu cuối End-node để đánh giá hiệu suất và độ phủ
của giải pháp. Kể từ năm 2017, hiệu quả của việc quảng
bá hệ thống LoRaWan tại Đà Nẵng đã được nâng lên
bằng cách sử dụng board UCA (Université Côte d’Azur),
board phát triển bởi Đại học Côte d’Azur, là bảng mạch
phát triển mã nguồn mở, với phần cứng là đại diện cho
IoT trong thế giới thực [8], giúp cho việc thử nghiệm
mạng LoRaWAN một cách đơn giản và dễ dàng. Ăng
ten phân cực tuyến tính trên bo mạch được mơ tả trong
[9]. Một máy đo Standing Wave Ratio (VSWR) dựa trên
một bộ ghép định hướng thu nhỏ và hai bộ chỉnh lưu
được sử dụng để đánh giá hệ số phản xạ ăng ten trong
trường hợp vị trí đặt bo mạch UCA bị sai. Phiên bản
2021 của bo mạch bao gồm thêm một số cảm biến môi
trường để cung cấp thông tin trong quá trình thử nghiệm
các ứng dụng khác nhau (như gia tốc kế để định hướng,
cảm biến áp suất cho độ cao, v.v.).


Hình 7. Bản đồ thành phố Đà Nẵng

ở Việt Nam với mật độ dân số khoảng 883 người/km2,
sử dụng gói tần số mới 920 MHz đến 923 MHz. Trong
đó, sử dụng thêm bộ lọc để các Gateaway có thể hoạt
động trong dải tần này rất gần với dải tần của băng tần
GSM900. Kết quả thử nghiệm cho thấy khoảng cách phủ
sóng của các Gateawy có thêm bộ lọc hiệu quả hơn, với
khoảng cách từ 2 đến 3 km đối với khu vực đô thị và
khoảng 10 km đối với khu vực ngoại ơ. Khoảng cách
phủ sóng này cao đáng kể so với khoảng cách phủ sóng
dưới 1 km của các Gateway khơng có bộ lọc hiệu quả.
LỜI CẢM ƠN
Cơng trình này được thực hiện trong khn khổ dự
án DaNang FreeLoRa của Thành phố Đà Nẵng, Đại học
Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng, Đại học C^ote d’Azur,
Viện Công nghệ Quốc tế Đà Nẵng (DNIIT). Chúng tôi
xin chân thành cảm ơn Sở Thông tin và truyền thông, Tp
Đà Nẵng đã hỗ trợ trong việc triển khai và thử nghiệm
mạng
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình 6. Bo phát triển UCA LoRaWAN phiên bản 2021

III. KẾ HOẠCH

TRIỂN KHAI TRONG TƯƠNG LAI

Từ việc ước tính thử nghiệm khoảng cách phủ sóng

của các Gateway, với mục tiêu phủ sóng tồn thành phố
Đà Nẵng với mạng LPWAN - LoRAWAN, trong giai
đoạn tiếp theo, chúng tôi dự kiến triển khai tổng cộng
từ 15 đến 20 Gateway được trang bị bộ lọc tối ưu hóa
tần số. dải tần 920-923 MHz. Các thử nghiệm khác đang
được tiến hành để khảo sát các tác động khác đối với
việc truyền dữ liệu trong điều kiện thực tế: thời tiết
khắc nghiệt (mưa lớn, bão nhiệt đới), kết hợp nhiều loại
Gateway để bao phủ một khu đơ thị lớn, phạm vi phủ
sóng trong nhà, định vị ngồi trời dựa trên tín hiệu LoRa.
IV. KẾT LUẬN
Chúng tôi đã chứng minh việc triển khai mạng
LoRaWAN cho thành phố Đà Nẵng, quy mô vừa phải

ISBN 978-604-80-5958-3

172

[1] "Quyết định 1122/QĐ-BTTTT", Bộ thông tin và truyền thông,
2020.
[2] [Online] />[Accessed:03-Nov-2021]
[3] [Online] [Accessed:03-Nov-2021]
[4] "LoRa Technology Real World Solutions: Smart Cities", Semtech
White paper, 2018.
[5] LoRa Alliance, White Paper, « LoRaWAN, What is it ?», November 2015.
[6] L.H Trinh, Tran Quang Khai Nguyen, D.D. Phan, V.Q. Tran, V.X.
Bui, N.V. Truong, Fabien Ferrero, “Miniature Antenna for IoT Devices Using LoRa Technology,” 2017 International Conference on
Advanced Technologies for Communications (ATC), 18/10/2017,
Quy Nhon, VN, pp.170-173.
[7] Trinh, L.H.; Truong, N.V.; Ferrero, F. Low Cost Circularly Polarized Antenna for IoT Space Applications. Electronics 2020, 9,

1564.
[8] />[9] L.H Trinh, Tran Quang Khai Nguyen, D.D. Phan, V.Q. Tran, V.X.
Bui, N.V. Truong, Fabien Ferrero, Miniature Antenna for IoT Devices Using LoRa Technology, 2017 International Conference on
Advanced Technologies for Communications (ATC), 18/10/2017,
Quy Nhon, VN, pp.170-173.