LoRa物联网中文学习资料汇总

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

在低功耗广域网(LPWAN)或窄带物联网应用领域里,LoRa技术无疑是的最热门的技术之一。伴随着物联网的低功耗广域连接需求的发展,LoRa技术也给中国物联网市场带来了新的机遇。由于LoRa的开放性和灵活性,在市场应用上形成了各种各样的业务模式。小编就从LoRa协议的角度来看下LoRa市场的一些业务模式。LoRa协议LoRa™ (Long Range,远距离)是一种调制技术,与同类技术相比,提供更远...了解详情

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

创建你自己的私有 LoRa 网络

有大量关于 LoR的讨论,低功耗、广域网保证了几公里范围内的通信,因此非常适合网联网通信。电信运营商正在推出 LoRa 网络,由于 LoRa 在开放的频谱范围内运行,你还可以设置自己的网络。本文讨论了构建私有 LoRa 网络,以及如何使用网络将数据从 ARM mbed 终端节点发送到云端。关于 LoRa 与 LoRaWAN 的注意事项:从技术上讲,在本文中我们正在构建一个 LoRaWAN 网络。...了解详情

采用LORA 技术设计物联网应用

各种无线技术的产品连接到物联网(IoT)。每种技术适合不同的应用,需要设计人员仔细考虑因素,如距离和数据传输速率,成本,功耗,体积和外形。本文将介绍的LoRa协议,其优势比其他协议,并讨论多项产品和开发工具包,使工程师可以快速上手开发基于LoRa系统。无线物联网权衡考虑因素每个无线技术既有长处和短处。标准的Wi-Fi,例如,可以传输大量高速数据的,但它有一个有限的范围内。蜂窝网络结合高速和长距离,...了解详情

锐米通信:支持高校物联网研究 锐米开源LoRa系统

1 一个成功的故事:伯克利大学与UNI47岁的大叔–UNIX(尤其是它的后辈Linux和BSD UNIX)是这个星球上最有生命力的操作系统,从巨型机,到手机,都有它们默默工作的舞台。同时,美国加州大学伯克利分校显然对UNIX有着非常重要的贡献1)1975年,比尔.乔伊(不是比尔.盖茨,他1975年刚从哈佛退学,以卖BASIC为生)将PASCAL编译系统整合在UNIX系统里,并且以BSD命名进行...了解详情

LoRa网络中的传感终端

物联网的应用中少不了传感器,有各种各样不同类型的传感器,广泛应用于各个行业中的电子产品或终端上。物联网传感器市场规模有多大,下面是市场调研机构对物联网传感器市场的预测Markets and Markets预测,到2022年物联网传感器市场(传感器主要有压力、温度、湿度、磁力计、加速度计、陀螺仪、惯性、图像等)将达384.1亿美元,2016年至2022年之间的复合年增长率为42.08%。推动物联网...了解详情

基于LoRaWAN的远程抄表系统

作者:金卡高科技股份有限公司 张恩满 赵春焕 钟晨 丁渊明 聂西利摘要随着无线通讯技术的不断发展,智能燃气抄表也有了更多的选择。首先分析了LoRa技术的特点及LoRaWAN协议的网络架构,并与其他无线通讯技术进行对比,最后以LoRaWAN燃气表为例分析了LoRaWAN协议在智能燃气抄表领域的可应用性。关键词LoRa技术 ;LoRaWAN燃气表;远程抄表系统1、LoRa技术LoRa 是由Semtech公司开发的一种基于1GHz以下的新型超长距低功耗数据传输技术。它使用线性调频扩频调制技术,即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性,又明显地增加了通信距离,同时提高了网络效率并消除了干扰,即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰[1][2],因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量。随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统[1]。LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括433、868、915 MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。LoRa的优势主要体现在以下几个方面:1)高接收灵敏度,功耗低,接收灵敏度达-148dbm,接收电流仅10mA,睡眠电流200nA。2)系统容量大,每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes,网络占用率10%)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达10公里。3)基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位,对距离的测量是基于信号在空中的传输时间,而定位则基于多点(网关)对一点(节点)发出的信号在空中传输时间差的测量[3]。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。4)支持自组网,可以实现节点与集中器直接组网连接,构成星型网络。2、LoRaWAN标准LoRa技术在物理层上实现了长距离点对点通信,如果没有协议栈的管理设计,LoRa的使用只能限于简单的数据收发,无法组成高效复杂的通讯网络。2015年LoRa联盟发布LoRaWAN技术规范,成为LPWAN(低功耗长距离广域网)的重要技术标准之一[4]。LoRaWAN定义了网络的通讯协议和系统架构,而LoRa物理层能够使长距离通讯链路成为可能。完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线节点,其效率远远高于传统的点对点轮询通讯模式,也能大幅度降低节点通讯功耗[5]。LoRaWAN自下而上设计,为电池寿命、容量、距离和成本而优化了LPWAN(低功耗广域网)。对于不同地区LoRaWAN给出了一个规范概要,以及在LPWAN空间竞争的不同技术的高级比较[6]。图1 LoRaWAN系统架构图2 LoRaWAN网络架构1)网络架构LoRaWAN采用星型网络架构,在网络中,节点与专用网关不相关联。相反,一个节点传输的数据通常是由多个网关收到[7]。每个网关将从终端节点所接收到的数据包通过一些回程(蜂窝、以太网等)转发到基于云计算的网络服务器。智能化和复杂性放到了服务器上,服务器管理网络和过滤冗余的接收到的数据,执行安全检查,通过最优的网关进行调度确认,并执行自适应数据速率等。2)网络容量LoRa基于扩频调制,使用不同扩频因子时,信号实际上是彼此正交。当扩频因子发生变化,有效的数据速率也会发生变化。网关利用了这个特性,能够在同一时间相同信道上接受多个不同的数据速率。为使自适应的数据速率工作,对称的上行链路和下行链路要求有足够的下行链路容量。这些特点使得LoRaWAN有非常高的容量,网络更具有可扩展性。用最少量的基础设施可以部署网络,当需要容量时,可以添加更多网关,变换数据速率,减少串音次数,可扩展6~8倍网络容量。LoRaWAN协议在2016年更新到了1.02版本,对于中国地区,LoRaWAN划分的通讯频段为470-510MHz,并将该频段划分为上行频段和下行频段两部分,上行频段共96个,带宽为125KHz,以200KHz的间隔从470.3MHz线性递增至489.33MHz,下行频段以相同方式划分,范围是500.3MHz-509.7MHz。同时,采用收发异频模式,下行信道的计算方法为上行信道号对48取模,所得值即为下行信道号[8]。3、基于LoRaWAN的燃气抄表应用近年来,随着城市化的快速发展,燃气表产销规模快速增长,如何对庞大且分散的燃气表进行及时、准确、有效的抄收成为燃气公司迫切需要解决的问题。传统的人工抄表需要挨家挨户地抄读燃气表,燃气表抄收人员将数据录入系统后才能生成账单。人工抄表的弊端越来越突出,主要表现在:抄表效率非常低,劳动强度非常大;错抄、估抄的情况严重,容易引起不必要的纠纷。人工抄表已经不能适应社会的发展,智能抄表成为未来的趋势。目前燃气公司对燃气表的通讯要求主要包括以下几点:日累积气量、事件上报、表具当前状态、月累积气量等,大部分数据较短,在几十字节以内,少部分指令,如读取月累积气量数据包长度达到一百五十字节左右。燃气公司对于用户所用气量数据实时性要求不高,每天上传3次完全可以满足结算需求,但对于燃气表低功耗的要求则比较严苛,对于锂电池供电的燃气表,要求电池寿命达十年,对于碱性电池供电的燃气表则要求四节碱性电池可以使用一年。结合现代楼体建筑向高层发展的趋势,一个中等小区大约有一到两千户,对智能抄表的灵活性、自由性提出了要求。LoRaWAN协议在LoRa技术功耗低、通讯距离远的优势基础上,规范了以LoRa做为长距离通信链路的物理层时网络的结构,适用于燃气抄表数据量少、通信距离远、对实时性要求不高的应用特点,同时满足了低功耗的要求,兼顾组网灵活简单、网络扩展方便、易于管理等特点。LoRaWAN协议采用星型组网,针对不同的扩频因子,数据包负载长度从51到223不等,且集中器作为透明传输使用,方便后期网络扩张。同时,LoRaWAN支持多信道通信、信道修改等,对于开放频段的无线设备,保障了长期通讯的稳定性,降低其他无线设备对终端的干扰。近年来燃气抄表领域对于LoRa技术的应用多是采用自主研发的通讯协议,采用被动唤醒、固定SF和发射功率等设计,通用性、抗干扰性差。被动唤醒的抄表方式要与手持机配合使用,终端为了支持这种抄表方式要频繁唤醒检测是否有手持设备,因此终端大部分唤醒是无用的,这部分功耗相当于被浪费,因此技术与协议的有效结合是解决智能燃气抄表的最好方案。4.基于LoRaWAN协议的燃气表远程抄表试验研究本文针对本公司独立研发的LoRaWAN无线智能远传燃气表(简称LoRaWAN燃气表)进行了通讯性能测试。该燃气表通信信道带宽设为125kHz,支持8个信道,采用Class A模式。为了在通信距离与终端功耗之间取得动态的平衡,该燃气表扩频因子及发射功率可调,针对不同的通讯条件自动调整,从而在保证抄表率的前提下降低终端功耗。为实现多LoRaWAN燃气表组网通讯,同时测试了本公司针对LoRaWAN燃气表研发的一体化的集中器与网络服务器(Network Server,简称NS)。集中器支持同时接收8个信道的数据,单个集中器可满足最少2000台终端设备的通讯需求,终端上行数据通过4G模块发送到NS。NS负责数据处理,在接收到集中器的上行数据后,经过鉴权等校验,合法数据解密后解析,其中应用数据输出到应用服务器,MAC命令生成回应。LoRaWAN燃气表作为通讯终端采用随机信道选择方式进行干扰规避。每次终端在进行上行数据发送或者数据重发时,都会在8个信道中随机选择一个信道进行接入。为了保障通讯安全,通讯采用动态密钥,由终端和NS各提供一个随机数,共同生成密钥,保障密钥的安全性,同时加入自动离网机制,在通讯达到一段时间后,自动离线,重新入网并生成密钥。为了最大限度地节约终端功耗,在终端入网后,NS主动向终端发送链路自适应命令,将终端的射频参数调整到最合适的状态,其调整依据如图3所示,集中器上传终端当前通讯使用的射频参数及数据信噪比(SNR),网络服务器根据SNR计算终端当前链路质量下最合适的射频参数,若与终端当前使用的射频参数不同,则下发链路自适应命令,调整终端射频参数,若相同则不下发该命令[9]。图3 扩频因子与信噪比对照通过拉距测试、实地抄表测试及长期抄表测试来验证LoRaWAN燃气表及其组网设备的数据抄收能力,具体实验条件1)拉距测试拉距测试条件如图4所示,集中器放置在图4起点位置,集中器摆放如图5所示,两地直线距离为4.4公里,该区域多为厂房等低层建筑分布,相比城市建筑较为稀疏。图4 拉距测试距离示意图图5 集中器摆放位置在4.4公里处,使用4台样表进行抄表实验,手动触发样表发送ConfirmedData,能够接收到网络服务器下行的ACK数据,每个样表发送8次数据,通讯成功率为100%。2)实地抄表测试为了验证LoRaWAN燃气表在城市住宅区的通讯性能,在杭州市江干区和达城小区内进行实地抄表实验,该小区楼宇地上33层,地下两层,实验涵盖6幢楼体,实验时由测试人员手动触发样表发送ConfirmedData,能够接收到网络服务器下行的ACK数据即为通讯成功,实验条件如下:表具放置点:如图6所示,在号楼的1层和33层最隐秘的位置,●所示位置,以及所有楼栋的地下1层和地下2层;集中器安装位置:如图6所示:A(3号楼的7层),B(6号楼的天台);数据库位置:公司服务器;抄表率计算方法:抄表率=抄到数据的表的数量÷表具总数。测试抄表情况如下:不管集中器在A或B位置,楼层中的表具抄表率达100%;在A位置时,所有楼栋的地下1层和2层都能抄到,抄表率依旧为100%,在B位置时,3号和4号楼的地下1层、地下2层都能抄到,其余楼栋地下抄不到。图6 设备摆放示意图图7 集中器位置3)长期抄表测试为了检验LoRaWAN燃气表长期抄表情况,在本公司内部进行了长期抄表测试,实验样品数为500个样表,集中器放置在公司楼顶,如图7所示,楼高为四层,表具放置在公司员工宿舍洗手池下,模拟实际安装使用情况,如图8所示,位置为1~4楼。图8 被测表具位置图9 某时段抄表率统计实验期间表端间隔8小时上传一次实时气量数据,一次抄表成功率计算方法为:一次抄表成功率 = 每天实际上传数据量/每天应上传数据量,日抄表成功率计算方法为:日抄表成功率 = 该日成功上传数据的表具数量/实验表具总数量,以下为实验数据:以上实验数据表明,LoRaWAN表通讯距离良好,在低层建筑分布地区通讯距离能够达到4.4公里以上;在一般城市高层住宅内能够保证良好通信;在长期测试环境下,日抄表率为100%,一次抄表率在94%~100%之间。5、总结本文介绍了LoRa的技术特点以及LoRaWAN协议的网络架构,并分析了燃气抄表的应用场景需求,分析了几种无信通信技术的特点,指出LoRaWAN协议针对该需求的优异性。同时介绍了本公司LoRaWAN燃气表研发及实验情况,总结分析实验数据可以发现基于LoRaWAN协议的广域低功耗射频通讯技术能够实现覆盖范围广、抄收成功率高,完全适用于燃气计量自动抄表应用,另外其成本低廉的特点更适合于城市燃气居民用户抄表。参考文献...了解详情