LoRa物联网中文学习资料汇总

一文了解LoRa与LoRaWAN差异及市场前景

总体介绍随着物联网技术的飞速发展,NB-IoT、LoRa、SigFox等技术名词时不时出现在我们的视野中,对普通读者或者刚刚接触物联网领域的人来说,在一大堆名词面前可能会混淆。本文资本论将针对LoRa和LoRaWN做细致的介绍与比较。总体而言,LoRa仅包含链路层协议,并且非常适用于节点间的P2P通信;同时,LoRa模块也比LoRaWAN便宜一点;LoRaWAN也包含网络层,因此可以将信息发送到任...了解详情

方案 | 经典的LoRa无线节能组网

LoRa无线通信协议的优势是距离远却能做到低功耗、但最大的不足就是传输速率慢、鉴于LoRa的长距离和低速率,数据采集器和iNode无线节点,它们可以组织成星型组网,如果保留的slot过少,需要重新分配slot。一、 典型的LoRa无线网络LoRa(Long Rang)无线通信协议是一种长距离的无线通信技术,它最大的优点是距离远(空旷距离可达15kM),同时低功耗;当然,它也有不足的地方,那就是传输...了解详情

阿里物联网推出LoRaWAN开放式实验平台

摘要: 本文介绍了基于loraserver和uDC的LoRaWAN开发平台,基于该平台用户无需投入硬件即可在设备端和服务端进行,极大的降低了入门和开发门槛。点此查看原文:http://click.aliyun.com/m/43348本文旨在介绍AliOS Things的LoRaWAN开放式实验平台和具体使用方法,通过这些介绍用户可以在没有节点和网关,没有架设server的情况下完成对节点的远程调...了解详情

干货案例:智能电机温度在线监测方案(全部开源+设计实施方案)

来源物联网应该这样做一、系统架构图二、应用层2.1、人机交互满足网关设备与扎花厂在同一局域网内,用户即可通过访问浏览器一样查看当前电机温度及设置预警参数。2.2、用户登录界面打开浏览器访问IP地址“192.168.XX.XX”进入用户登录界面如上图所示输入用户名“admin”输入密码“123456”点击确认进行界面切换/点击取消进行重新输入2.3、温度实时数据显示界面电机编号:温度传感器与相对应电机的编码,有效范围(01-50)温度一:单台电机温度传感器一的实时值温度二:单台电机温度传感器二的实时值温度三:单台电机温度传感器三的实时值温度有效值:当三个传感器正常时,显示其平均值,当一只出现故障时,去除错误数据,进行平均计算当前状态:未超过上限设定值为“正常”,反之提示“超过上限”2.4、温度预警参数设定界面电机编号:温度传感器与相对应电机的编码,有效范围(01-50)。温度上限值:单台电机温度上限预警值设定。语音报警:温度超过上限后,则通过语音进行播报“01号电机,温度超过上限,当前温度为xx℃”。报警灯:温度超过上限后,则报警灯开始闪烁,用于警示工作人员。推送次数:当前报警触发后,推送次数值设定。推送间隔:当前报警触发后,每次推送的时间间隔,单位为秒。三、运算层3.1、数据存储转发数据解析后形成电机温度实时数据表。数据表放置与发送数据缓存区中。HTTP服务器实时获取数据缓存区中数据。3.2、数据接收解析无线接收到数据,由数据解析方法进行解析。解析后形成电机温度实时数据表。3.3、无线自组网协议星型拓扑网络:LoRa扩频无线通信技术在1Kbps的速率下在市区环境下,单跳覆盖3KM,使用简单的星型组网就能够建立LoRa微功率网络,而GFSK调制的芯片经常需要树型或者MESH等复杂的路由网络。智能网关:一个LoRa网络中仅有一个智能网关。星型网络中总控制器,负责网络协调。初始化、终止、转发网络中的消息。星型私有网络与以太网桥梁。一分钟内完成50台节点温度数据采集。温度节点:一个LoRa网络可容纳50个温度节点。LoRa无线自组网终端节点,入网后,实时发送温度数据。温度传感器数据采集。3.4、预警参数设定从web前端获取预警参数表。参数解析后更新到内存中。预警任务根据内存参数信息执行动作。3.5、BSP板级支持包RTC驱动提供实时时钟硬件驱动层SPI驱动提供SPI驱动接口硬件驱动层看门狗驱动提供防止程序跑飞硬件驱动层预警灯驱动提供灯光报警控制硬件驱动层串口通信驱动提供串口调试硬件驱动层SD卡驱动提供SD卡硬件驱动层以太网驱动提供以太网硬件驱动层LoRa驱动提供LoRa射频模块硬件驱动层语音播报驱动提供语音报警信息驱动层四、传输层4.1、物联网为什么到现在才开始爆发过去70%的传感器及设备无法连接!2G/3G/4G、WIFI只解决了视频、图像、语音的等方面应用。2G/3G/4G/功耗大、成本高、覆盖并不完善。WIFI、ZIGBEE、蓝牙距离短,很多应用场景无法满足;那些需要电池供电,广域覆盖、又需要长时间低功耗待机的设备无法适应。4.2、LoRa技术优势164dB链路预算 、距离>15km快速、灵活的基础设施易组网且投资成本较少LoRa节点模块仅用于通讯电池寿命长达10年免牌照的频段 网关/路由器建设和运营 、节点/终端成本低4.3、LoRa扩频技术用户数据的原始信号与扩展编码位流进行XOR(异或)运算。生成发送信号流,这样的调制带来的影响是传输信号的带宽有显著添加(扩展了频谱)。从各种类型的噪声和多径失真中获得免疫性;得到信噪比的增益。使用扩频通信抗干扰性更强,通信距离更远。五、感知层5.1、数据采集为了保证温度准确性和可靠性,每台电机安装三只温度传感器。温度测量范围为-55℃~+125℃,测量精度为±0.5℃。数字温度传感器,体积小,成本低,抗干扰能力强。5.2、数据发送采用LoRa扩频通信技术,与网关进行交互,定时发送温度数据。5.3、能量管理采用AC220V转DC5V内置电源模块工作模式共计三种:射频发送数据温度采集低功耗模式平时处于低功耗模式5.4、掉电检测内置市电检测电路,当市电断电后,采用超级电容供电,并发送一次温度数据(温度+电源状态)。六、产品设计6.1、甘特图计划表了解详情

阿里AliOS Things lorawanapp应用介绍

摘要: 文本旨介绍AliOS Things的lorawanapp的示例,完成一个LoRaWAN网络的构建和数据传输,并通过该示例让大家对AliOS Things有一个初步的了解。AliOS Things 是 AliOS 家族旗下的、面向 IoT 领域的、轻量级物联网嵌入式操作系统。文本旨在给大家示范一下其中的lorawanapp的示例,完成一个LoRaWAN网络的构建和数据传输,并通过该示例让大家...了解详情

唯传技术干货:影响LoRa网关容量的关键因素及扩容技术研究(一)

来源:唯传科技1.概述低功率广域网(LPWAN)是无线通信技术发展的新趋势。与传统网络系统不同,这些系统并不专注于为每个设备实现高数据速率。相反,为这些系统定义的关键性能指标是能效,可扩展性和覆盖率。今天的LPWAN通常被视为由终端节点设备(ED)和网关基站(BS)组成的蜂窝网络。 节点(ED)连接到基站(BS)并由其服务,从而在其周围形成星形拓扑网络。 Lora技术就是其中的典型代表。在本文中...了解详情

使用LoRa Smart Blocks Development Kit来创建LoRaWAN网络

本文将为大家介绍如何用群登科技(Acsip)的LoRa Smart Blocks Development Kit 来创建LoRaWAN网络,开发工具包含LoRa智能型积木组件及正文 Gemtek Indoor Gateway。群登这套LoRa智能型积木组件采用通过LoRa Alliance、CLAA、Actility等多重认证的S76S/S78S LoRa模块,透过感测板(Sensor Board...了解详情

LoRaWAN优点

导读: 目前,相对于NB-IoT,LoRa是当前最成熟、稳定的窄带物联网通讯技术,其自由组网的私有网络远优于运营商持续不断收费的NB网络,且LoRa一次组网终身不需缴费。但是应用LoRa进行物联网通讯开发难度大、周期长、进入门槛高。1 长距离得益于扩频调制和前向纠错码的增益,LoRa取得大约2倍蜂窝技术(手机)的通信距离。长距离的“优秀基因”,使LoRaWAN可以使用star(星型)网络拓扑,相比...了解详情

SX1301吞吐量是SX1276/8的多少倍?

1 吞吐量,LoRa网关的重要性能从广义上讲,网关是连接2个不同网络的设备。如果一个设备,它能将LoRa无线网络和Internet连接起来,它就是一个LoRa网关。目前,大部分的LoRa网关采用SX1301基带芯片,也有部分使用SX1276/8单信道芯片。那么,SX1301的吞吐量是SX1276/8的多少倍呢?我们一起来探讨。2 误解1:SX1301 = 48个SX1276/有些行业朋友认为,S...了解详情

无线节点的空中唤醒技术解析

无线网络应用中,通常要求节点尽可能休眠,最大限度降低功耗,但又希望节点能尽可能及时地收发无线数据,这似乎是个不可调和的矛盾。但是有个神奇的功能,空中唤醒。节点即使处于休眠,当需要节点工作时可以直接通过无线手段唤醒该节点。很多人第一次听到,都觉得不可思议。希望看完今天这篇文章,你能搞明白这件事。本文首发于微信公众号twowinter,转载请注明作者http://blog.csdn.net/iotisan/点此进入公众号查看。一、介绍本尊贵为IoT小能手,物联网世界的什么东西没见过。(啊!吹个牛逼而已,用得着飞砖头过来吗!过分)这个牛逼功能的英文名是WOR(Wake On Radio)。它在很多上游芯片方案中已经有应用,TI系列的无线芯片中很多都带有这个功能,比如CC1310,以及我正在玩的LoRa芯片SX1276。它在很多网络协议中也已经有应用,B-MAC,X-MAC,甚至大家常见的ZigBee协议中也有一个很少人知道的概念“休眠路由”。它在很多物联网操作系统中也有应用,比如TinyOS,以及在我心中排名第一的Contiki,称之为“radio duty cycling mechanism”。二、基础原理原理简单说,就是在有效数据前头加一段较长的前导码,无线节点进行周期性地唤醒,监听下网络。一旦捕捉到前导码就进入正常的接收流程,若没有就立即休眠,等待下一次唤醒。为了让数据传输时,无线节点不会错过有效数据,机制上要保证前导码的持续时间要略长于节点的休眠时间。图片来源于LoRa官方AN文档《LoraLowEnergyDesign_STD.pdf》。上面是不带应答的情况,如果是单播方式需要应答的话,情况也差不多。三、深入学习好了,有了如上的初步解释,大家应该差不多明白了。接下去的内容会轻微烧脑,希望我的讲解没把大家绕晕。围绕这个基础原理,有一些人做了优化演绎,大致有这些情况。1.前导码变种Contiki的作者Adam Dunkels(假装对外国人很熟,是比较简单地一项装逼手段),他在2011年的论文中介绍了其空中唤醒机制,他将唤醒探针(也就是前导码)做了变化,与普通前导码0101的循环不同,它是将数据包做了多次循环发送。上面是不带应答的情况,而应答的空中唤醒示意图是这样:相同的做法也出现在TinyOS中。2.快速休眠多数据包的前导码方式额外带来了第二种优化方法,可以让节点更加的省电。通常空中唤醒最大难点是会被噪音误唤醒,因为监测前导码是采用信道监听,判断信道的RSSI是否大于某个阈值。一旦有噪音,则这次唤醒就白白耗了一个周期的电。但是噪音有一个特点是,无规则,持续性。由于多个数据包做的前导码中带有固定间隔的休息时间,因此这个休息时间可以用来将前导码和噪音有效区别开。如果不小心被噪音唤醒,节点在接下来没检测到静默周期,则可确认是噪音,那么就立即睡眠以省电。如图:Contiki由于是一个通用型系统,因此这种快速休眠处理方式是在软件层面的优化处理。LoRa的快速休眠方式则有所不同,由于调制技术优势使得其CAD能从噪声中判断有效前导码,所以在第一阶段就能避免误唤醒。另外还有一个优点是在硬件内部(如SX1276系列)就做了优化,可以在未收到完整数据包下就判断是否发给本地址,从而来节点更快做出应对处理。3.传输锁相用通俗的话来讲解深奥的内容一直是本尊的强项,且听我道来:节点A在与中心节点交互过一次之后,中心节点就记住了节点A的发送时刻(所谓的相)和周期。因此在下一次要唤醒节点A的时候,只需根据预估的节点A的唤醒时间点,准点去唤醒节点A就可以了。这一个优化,虽然没有给节点A带来功耗上的优化,却降低了整个网络的负载,提高了信道的利用率。四、展开来说到此为止,关于空中唤醒技术的原理性讲解基本结束。本文只是知识点科普,限于个人水平和精力还无法讲更多更深的东西。如果你是工程师,文中涉及一些概念希望能引起你的注意,抓住关键词去搜索延伸,你应该会得到更多。最直接的,空中唤醒技术在很多行业都是个刚需,可以为你负责的产品增加些卖点,也许你就因此升职加薪走向人生巅峰。其次,你会从一个更高的高度对其他厂家的空中唤醒技术有些认识。我给大家举个例子,限于行业身份,我就不公开说是哪家企业了。XX公司的唤醒算法1. 采用CAD侦听,让LoRa终端更节能;采用锁相同步唤醒技术,让LoRa通信带宽更佳利用;2. 采用快速地址匹配技术,使“非目标地址”LoRa终端快速休眠;3. 采用跳频技术,让唤醒和数据通信从频率是分开,减少干扰;举这个例子,想告诉大家,理解了技术原理后,你就可以看懂别人说的是什么,是否真的很厉害。当然不是说这家公司的产品不过尔尔,你可能理解了这个原理,但实现这些功能的背后肯定有很多付出和技术沉淀,要看到别人有哪些值得学习的地方,纸上谈兵永远是最简单的事情。五、最后在整理这些资料的时候,有一个感悟,虽然这个世界上的很多东西已经很难有大的创新了,但还是有很多优秀的人,踏实地利用自己才华贡献一点点小创新,帮助这个世界变地更美好。在此向Adam Dunkels等前辈致敬!这篇文章写地比较用心,从技术深度上和自我思考的深度上都是目前已产出的文章中比较靠前的。希望你也能喜欢,欢迎留言,收藏,甚至分享它。了解详情

LoRa笔记03 LoRa sx1276 sx1278空中唤醒研究

一、前言前面在无线节点的空中唤醒技术解析中由浅入深地对空中唤醒技术做了讲解,讲地非常好,建议大家多看几遍(卧槽,谁又砸砖头!)。这篇笔记将讲LoRa节点的空中唤醒具体应用。我正在学习LoRa和LoRaWAN,基本按照 官方资料+梳理解析+相关源码 的方式来记录笔记,相信对不少同行者有所帮助,可点此查看帖子LoRa学习笔记_汇总。本文作者twowinter,转载请注明作者:http://blog.csdn.net/iotisan/二、官方资料1. CAD 模式介绍When in CAD mode, the device will check a given channel to detect LoRa preamble signalCAD的功能的主要介绍是在4.1.6. LoRaTM Modem State Machine Sequences 中的 Channel Activity Detection 小节。在前文的空中唤醒的原理中,已经提到CAD功能是LoRa调制的一个特色,比普通RSSI检测方式要强大得多。随着扩频调制技术的应用,人们在确定可能低于接收机底噪声的信号是否已经使用信道时,面临重重挑战。这种情况下,使用RSSI无疑是行不通的。为了解决这个问题,可使用信道活动检测器(CAD)来检测其他LoRaTM信号。图11显示了CAD的流程:2. 操作原理介绍信道活动检测模式旨在以尽可能高的功耗效率检测无线信道上的LoRa前导码。在CAD模式下, SX1276/77/78快速扫描频段,以检测LoRa数据包前导码。在CAD过程中,将会执行以下操作: - PLL被锁定。 - 无线接收机从信道获取数据的LoRa前导码符号。在此期间的电流消耗对应指定的Rx模式电流。 - 无线接收机及PLL被关闭,调制解调器数字处理开始执行。 - 调制解调器搜索芯片所获取样本与理想前导码波形之间的关联关系。建立这样的关联关系所需的时间仅略小于一个符号周期。在此期间,电流消耗大幅度减少。 - 完成计算后,调制解调器产生CadDone中断信号。如果关联成功,则会同时产生CadDetected信号。 - 芯片恢复到待机模式。 - 如果发现前导码,清除中断,然后将芯片设置为Rx单一或连续模式,从而开始接收数据。信道活动检测时长取决于使用的LoRa调制设置。下图针对特定配置显示了典型CAD检测时长,该时长为LoRa符号周期的倍数。 CAD检测时间内, 芯片在(2SF+32)/BW秒中处于接收模式,其余时间则处于低功耗状态。3. DIO 映射CAD事件等可以利用DIO来通知给其他MCU,手册上给了映射方式。Table 18 DIO Mapping LoRaTM Mode,其中有 CadDone 事件。
Operating ModDIOx MappinDIODIODIODIODIODIO
ALModeReadCadDetecteCadDonFhssChangeChanneRxTimeouRxDon
ClkOuPllLocValidHeadeFhssChangeChanneFhssChangeChanneTxDon
1ClkOuPllLoc...
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LoRa笔记02 LoRa sx1276 sx1278的发射功率研究

1 前言发射功率也是射频基础指标,目前SX1278可以支持最大20dBm。我正在学习LoRa和LoRaWAN,基本按照 官方资料+梳理解析+相关源码 的方式来记录笔记,相信对不少同行者有所帮助,可点此查看帖子LoRa学习笔记_汇总。本文作者twowinter,转载请注明作者:http://blog.csdn.net/iotisan/2 官方datasheet资料5.4.2. RF Power AmplifiersPA_HF and PA_LF are high efficiency amplifiers capable of yielding RF power programmable in 1 dB steps from -4 to+14dBm directly into a 50 ohm load with low current consumption. PA_LF covers the lower bands (up to 525 MHz), whilstPA_HF will cover the upper bands (from 779 MHz). The output power is sensitive to the power supply voltage, and typicallytheir performance is expressed at 3.3V.PA_HP (High Power), connected to the PA_BOOST pin, covers all frequency bands that the chip addresses. It permitscontinuous operation at up to +17 dBm and duty cycled operation at up to +20dBm. For full details of operation at +20dBmplease consult section 5.4.3Table 33 Power Amplifier Mode Selection Truth Table
PaSelecModPower RangPout Formul
PA_HF or PA_LF on RFO_HF or RFO_L-4 to +15dBPout=Pmax-(15-O...
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LoRa笔记01 sx1276 sx1278信号强度RSSI研究

1 前言RSSI信号强度是无线网络中特别被人关注的一个点,尤其是工程部署中。今天在了解LoRa SX1276的RSSI展示,搜寻了一些资料,做如下笔记留念。(留念。。。真没词用了吗。。。本文作者twowinter,转载请注明作者http://blog.csdn.net/iotisan/2 官方资料涉及寄存器官方英文说明5.5.5. RSSI and SNR in LoRaTM ModeThe RSSI values reported by the LoRaTM modem differ from those expressed by the FSK/OOK modem. The followingformula shows the method used to interpret the LoRaTM RSSI values:RSSI (dBm) = -157 + Rssi, (when using the High Frequency (HF) port)orRSSI (dBm) = -164 + Rssi, (when using the Low Frequency (LF) port)The same formula can be re-used to evaluate the signal strength of the received packet:Packet Strength (dBm) = -157 + Rssi, (when using the High Frequency (HF) port)orPacket Strength (dBm) = -164 + Rssi, (when using the Low Frequency (LF) port)Due to the nature of the LoRa modulation, it is possible to receive packets below the noise floor. In this situation, the SNRis used in conjunction of the PacketRssi to compute the signal strength of the received packet:Packet Strength (dBm) = -157 + PacketRssi + PacketSnr * 0.25 (when using the HF port and SNR < 0)orPacket Strength (dBm) = -164 + PacketRssi + PacketSnr * 0.25 (when using the LF port and SNR < 0)Note:1. PacketRssi (in RegPktRssiValue), is an averaged version of Rssi (in RegRssiValue). Rssi can be read at any time(during packet reception or not), and should be averaged to give more precise results.2. The constants, -157 and -164, may vary with the front-end setup of the SX1276/77/78/79 (LnaBoost =1 or 0,presence of an external LNA, mismatch at the LNA input…). It is recommended to adjust these values with a single-pointcalibration procedure to increase RSSI accuracy.3. As signal strength increases (RSSI>-100dBm), the linearity of PacketRssi is not guaranteed and results will divergefrom the ideal 1dB/dB ideal curve. When very good RSSI precision is required over the whole dynamic range of thereceiver, two options are proposed:- Rssi in RegRssiValue offers better linearity. Rssi can be sampled during the reception of the payload (betweenValidHeader and RxDone IRQ), and used to extract a more high-signal RSSI measurement- When SNR>=0, the standard formula can be adjusted to correct the slope:RSSI = -157+16/15 * PacketRssi (or RSSI = -164+16/15 * PacketRssi)中文解读常规情况下,公式是这样:RSSI (dBm) = -157 + Rssi, (高频口)RSSI (dBm) = -164 + Rssi, (低频口)另外在SNR<0的噪声环境下,要按照Packet Strength (dBm) = -157 + PacketRssi + PacketSnr * 0.25 (或者低频时,Packet Strength (dBm) = -164 + PacketRssi + PacketSnr * 0.25)这样的公式。1.PktRssiValue指单个包的信号强度,是收包这段时间内的RSSI的平均值。RssiValue指当前的信号强度。2.如果有加外部LNA,那需要做单点校准,让RSSI显示更准确。3.当信号强度超过-100dBm之后,PacketRssi就不能保证线性,结果会偏离 1dB/dB 的曲线。因此需要做一定的校正。当SNR>0时,可以参考如下公式:RSSI = -157+16/15 * PacketRssi (or RSSI = -164+16/15 * PacketRssi)。当然SNR<0时,还要注意同样做噪声干扰的校正,在公式后面 + PacketSnr * 0.25 。3 代码分析代码中处理信号强度是这样,判断频段是否大于550MHz,据此来进行高频和低频的不同偏移量的处理。int16_t SX1276ReadRssi( RadioModems_t modem ){int16_t rssi = 0;switch( modem ){case MODEM_FSK:rssi = -( SX1276Read( REG_RSSIVALUE ) >> 1 );break;case MODEM_LORA:if( SX1276.Settings.Channel > RF_MID_BAND_THRESH ){rssi = RSSI_OFFSET_HF + SX1276Read( REG_LR_RSSIVALUE );}else{rssi = RSSI_OFFSET_LF + SX1276Read( REG_LR_RSSIVALUE );}break;default:rssi = -1;break;}return rssi;}4 范例假如我们收到这样的信号值:rssi cur: 61,snr: 35pkt rssi:113因为测试频段是433MHz,且SNR>0,因此使用如下公式:RSSI = -164+16/15 * PacketRssi = -164 + 16/15 * 113 = -43.467了解详情

LORA 射频自组网 两级中继设计方案

基于sx1276lora模块,进行多个模块之间自组网,组网形式为1个集中器加多个终端。模块之间距离较远时,集中器无法直接与某个终端进行通信,其他终端本身可作为中继给该终端作为中继与集中器通信。lora调制方式,发送数据为星型通信方式,为自组网提供了便利。终端接收心跳存储typedef strucuint32_t Id;//接收的Iuint8_t Rssi;//信号强度}RECV_TERMINAL_T;...了解详情

图文介绍LoRa技术特点和系统架构

一 技术特点1、LoR2013年8月,美国升特公司(Semtech)向业界发布了一种新型的Sub-1GHz频段的扩频通信芯片,最高接收灵敏度可达-148dBm,主攻远距离低功耗的物联网无线通信市场。该技术主要工作在全球各地的ISM免费频段(即非授权频段),包括主要的433、470、868、915MHz等。与其他传统的Sub-1GHz芯片相比,LoRa芯片最高接收灵敏度提高20~25dB,体现在应用上就是拥有5~8倍传输距离的提升。LoRa技术本质上是扩频调制技术,同时结合了数字信号处理和前向纠错编码技术。此前,扩频调制技术具有长通信距离和高鲁棒特性,在军事和空间通信领域已经应用了几十年,而LoRa的意义在于首先利用扩频技术为工业产品和民用产品提供低成本的无线通信解决方案。前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加一些冗余信息,数据在传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。前向纠错编码技术可以减少数据包需要重发的需求,而且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来,并注入前向纠错编码以保障可靠性,这些数据包就将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特时间划分为众多码片,而LoRa调制码片的可配置范围为64~4 096码片/比特。通过使用高扩频因子,LoRa可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。当用户通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性。基于这点,数据可以从噪音中提取出来。扩频因子越高,越多的数据可从噪音中提取出来,接收灵敏度就可以达到更高。因此LoRa芯片的接收灵敏度最高可达-148dBm,在20dBm的发射功率下,LoRa调制的链路预算可达168dB。2、LoRaWAN在传统的广域连接应用中,主要借助电信运营商提供的蜂窝网络进行连接,工业、能源、交通、物流等各行业广泛采用蜂窝网络实现互联。但仍有大量的设备应用是现有蜂窝网络技术无法满足的,比如水、电、气、热等计量表,市政管网、路灯、垃圾站点等公用设施,大面积畜牧养殖和农业灌溉,广泛布局且环境恶劣的气象、水文、矿井、山体数据采集,以及偏僻的户外作业等。这些类型终端若采用现有运营商蜂窝网络进行联网,可能遇到如下问题。1、信号覆盖不足:很多设备布局在人口稀少或环境复杂的区域,运营商网络覆盖盲区或信号强度不足,难以保障数据的稳定传输。2、功耗高:大量设备需要电池供电,若采用蜂窝网络则需频繁更换电池,这在很多恶劣环境下很难实现。3、费效比低:设备单次传输数据量极小,而且传输频次很低。目前蜂窝网络为高带宽设计,采用蜂窝网络要占用网络和码号资源,还会产生包月流量费用。基于以上原因,低功耗广域网技术(Low Power Wide Area Network,LPWAN)成为弥补物联网网络层短板的最佳选择。2015年3月,由Semtech牵头成立了LoRa Alliance(以下简称LoRa联盟),联盟是一个开放的非盈利性组织,目的在于加速LoRa技术全球商用化,主要发起成员还包括美国IBM、Cisco、法国Actility、荷兰皇家电信、瑞士电信等知名企业。联盟发布的LoRaWAN协议将LPWAN分成了三部分,包括节点应用、通信服务(模组和基站供应商)、云服务,数据传输过程中的通信层包括两级加密,数据通信更为安全。截止到2016年10月,联盟成员数量高达400多家,其中国家级的运营商有27家,新增运营商有法国Proximus、英国Orange、美国Comcast、日本软银、韩国SK电信、印度TATA电信等。同时,LoRa的产业链中还包括大量终端硬件厂商、模块网关厂商、软件厂商、系统集成商等,构成了完整的LoRa生态系统,大大促进LoRa技术的快速发展与生态繁盛。二 系统架构1、网络架构目前,基于L oRa技术的网络层协议主要是LoRaWAN,也有少量的非LoRaWAN协议,但是通信系统网络都是星状网架构,以及在此基础上的简化和改进。主要包括以下3种。(1)点对点通信。一点对一点通信,多见于早期的LoRa技术,A点发起,B点接收,可以回复也可以不回复确认,多组之间的频点建议分开,如图1所示。单纯利用LoRa调制灵敏度高的特性,目前主要针对特定应用和试验性质的项目。优点在于最简单,缺点在于不存在组网。图1 点对点通信(2)星状网轮询。一点对多点通信,N个从节点轮流与中心点通信,从节点上传,等待中心点收到后返回确认,然后下一个节点再开始上传,直到所有N个节点全部完成,一个循环周期结束,如图2所示。该结构本质上还属于点对点通信,但是加入了分时处理,N个从节点之间的频点可以分开,也可重复使用。优势在于单项目成本低,不足之处是仅适合从节点数量不大和网络实时性要求不高的应用。图2 星状网轮询(3)星状网并发。如图3所示,一点对多点通信,多个从节点可同时与中心点通信,从节点可随机上报数据,节点可以根据外界环境和信道阻塞自动采取跳频和速率自适应技术,逻辑上网关可以接收不同速率和不同频点的信号组合,物理上网关可以同时接收8路、16路、32路甚至更多路数据,减少了大量节点上行时冲突的概率。该系统具有极大的延拓性,可单独建网,可交叉组网,LoRa领域内目前主要指的是LoRaWAN技术。图3 星状网并发2、系统组成点对点通信和星状网轮询的系统组成比较简单,两端都是节点,分为主从。在主节点收到从节点上行数据后会发下行确认帧给从节点,然后从节点进入休眠,工作模式比较简单。这里主要对LoRaWAN星状网并发结构进行展开说明,LoRaWAN系统主要分为三部分:节点/终端、网关/基站,以及服务器,如图4所示。图4 LoRaWAN系统架构示意图节点/终端(Node):LoRa节点,代表了海量的各类传感应用,在LoRaWAN协议里被分为Class A、Class B和Class C三类不同的工作模式。Class A工作模式下节点主动上报,平时休眠,只有在固定的窗口期才能接收网关下行数据。Class A的优势是功耗极低,比非LoRaWAN的LoRa节点功耗更低,比如针对水表应用的10年以上工作寿命通常就是基于Class A实现的。ClassB模式是固定周期时间同步,在固定周期内可以随机确定窗口期接收网关下行数据,兼顾实时性和低功耗,特点是对时间同步要求很高。Class C模式是常发常收模式,节点不考虑功耗,随时可以接收网关下行数据,实时性最好,适合不考虑功耗或需要大量下行数据控制的应用,比如智能电表或智能路灯控制。网关/基站(Gateway):网关是建设LoRaWAN网络的关键设备,目的是缓解海量节点数据上报所引发的并发冲突。主要特点如下:1)兼容性强,所有符合LoRaWAN协议的应用都可以接入;2)接入灵活,单网关可接入几十到几万个节点,节点随机入网,数目可延拓;3)并发性强,网关最少可支持8频点,同时随机8路数据并发,频点可扩展;4)可实现全双工通信,上下行并发不冲突,实效性强;5)灵敏度高,同速率下比非LoRaWAN设备的灵敏度更高;6)网络拓扑简单,星状网络可靠性更高,功耗更低;7)网络建设成本和运营成本很低。服务器(Server):负责LoRaWAN系统的管理和数据解析,主要的控制指令都由服务器端下达。根据不同的功能,分为:网络服务器(Network Server)与网关通信实现LoRaWAN数据包的解析及下行数据打包,与应用服务器通信生成网络地址和ID等密钥;应用服务器(Application Server)负责负载数据的加密和解密,以及部分密钥的生成;客户服务器(Client Server)是用户开发的基于B/S或C/S架构的服务器,主要处理具体的应用业务和数据呈现。LoRaWAN系统的优势包括:覆盖范围广,节省网络优化和施工成本,减少现场施工复杂度;服务器端鉴权可实现交叉覆盖,减少覆盖盲点;服务器端统筹管理,提高信道利用率,增加系统容量; 网关多路并发减少冲突,支持节点跳频,增加系统容量;节点速率自适应(Adaptive Data Rate)降低功耗和并发冲突,增加容量;安全性高,两级AES-128(Advanced Encryption Standard-128)数据加密;星状网络结构提高鲁棒性;LoRaWAN协议标准化。三、展望未来LoRaWAN的未来非常值得期待,短期可预见的是基于LoRaWAN的定位技术。2016年,Semtech宣布了LoRaWAN支持定位的应用,目前有少量企业从事利用RSSI为基础附加参数修正的定位研究,但精度都不高。而基于Time Difference of Arrival(TDOA)的多LoRaWAN基站测量定位技术更具有商用化前景,理论精度可达50m以内,实用性更高。依照普通LoRaWAN节点平均休眠电流3μA、时间同步、无需增加其他定位芯片的特性,LoRaWAN完全有希望大规模代替现有的某些定位技术。较远的距离+低功耗+低成本+可室内室外定位的组合,是LoRaWAN有别于其他定位技术的优势。2016年是窄带物联网技术国内商用化元年,未来对LoRaWAN会形成一定挑战和竞争,而LoRa相对窄带物联技术已有成熟商用案例。窄带物联技术拥有运营商的强力支持,但LoRaWAN不会被轻易取代,具有某些方面的先天优势。LoRaWAN允许企业搭建属于自己的私有网络,很多企业并不愿意把私有数据给别人,所以在投入成本可接受的情况下,企业宁愿部署自己的私有网络并独立运营,私有网络的诱惑力巨大。物联网技术的发展日新月异,每种技术路线都有其优势领域和不足之处,未来的技术接受程度如何,关键还是要靠市场来进行选择,但最终受益的肯定是整个产业链和用户。目前,相对于NB-IoT,LoRa是当前最成熟、稳定的窄带物联网通讯技术,其自由组网的私有网络远优于运营商持续不断收费的NB网络,且LoRa一次组网终身不需缴费。但是应用LoRa进行物联网通讯开发难度大、周期长、进入门槛高。据了解,为降低物联网行业创业者进入门槛,协成智慧提供了一整套成熟LoRaWAN源代码+LoRa Gateway网关定制方案,极大缩减了创业者在物联网链路调通上所耗费的半年周期与巨额开发代价,便于快速切入物联网具体应用,打造属于自己的独立物联网运营品牌。了解详情

LoRa协议下的业务模式介绍

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NB-IoT火热背后,窥探嵌入式设计内幕

来自沃达丰全球的市场调研显示,全球17个国家,1096企业高管的访谈的结果是三大趋势明显:1、越来越多的企业部署IoT业务,今年60%的企业正在使用或即将部署IoT业务,前三年的数据是12%,22%,36%,几乎每年翻一番;2、越来越多的企业将预算放到IoT,今年24%的企业被用于投资IoT业务,这与云、移动通信和大数据都相关。3、越来越多的企业从IoT业务中获得投资回报,63%的企业部署IoT获...了解详情