基于LoRaWAN的物联网生态系统介绍

什么是LoRaWANLoRaWAN是众多低功率广域网LPWAN, Low Power Wide Area Network) 规范中的其中一种,它的设计目标是能够让以电池供电的装置可以部署在较广域的网络中(原文是区域级-regional, 国家级-national 或 全球级-global)。因此,注重的点是「远距离、低功耗」这类应用需求。LoRaWAN网络架构的特点采用星型网络拓扑(Star topology),终端点的通讯是双向的(bi-directional):即数据可收可发,LoRaWAN 资料传输率可以从 0.3 kbps 到 150 kbps(与距离成反比,且在未来还有进一步提升空间)。LoRa三种终端装置的 ClassLoRaWAN 将终端装置 (end-point devices) 区分为 A, B, C 三类 (classes),各自能运用远距离通信的不同需求 (有些要求很省电、有些需要很即时)。这里先说明一下 uplink 与 downlink 的意思:uplink transmission (上行传输):终端装置传给服务器downlink transmission (下行传输):服务器传给终端装置。Class A可双向通讯的终端装置(bi-directional end-devices),每个装置的uplink transmission 之后接有两个短暂的 downlink receive windows 用于需要以最低功耗操作的终端装置。这种装置常常在它送出 uplink 之后,只需要与 server 端进行很短暂的 downlink 通讯 (例如只收个 ACK 而已),在任何其他时间,从server downlink 必须等到下一次的 scheduled uplink (所以通讯没办法很即时,例如下一次的 scheduled uplink 可能是在 128 秒之后)。Class B必须至少有 A 类的功能,可双向通讯的终端装置,但有scheduled receive slots (有固定接收时槽接收服务器过来的讯息,相较于 A 类会更即时一点),相较于 A 类的随机 receive windows,Class B 的装置会在排程的时间打开一个额外的接收窗。为了让终端装置在排程时间打开,它的 receive window,它需要从 gateway 接收一个用于时间同步的 Beacon (如此一來,服务器就能知道终端装置何时在侦听)。Class C必须至少有 A 类的功能,可双向通讯的终端装置,尽可能安排最多的 receive slots,C 类的终端装置是几乎连续地开着 receive windows,只有在发送时才关闭接收视窗,C 类对 server 于终端装置通讯带来最低的延迟 (latency),所以即时性最好,但消耗功率最高。资料传输率与通讯距离LoRa 的资料传输率 (data rate)、通讯距离,它的资料传输率大约在 100 bps ~ 20 kbps 之间,而可靠通讯距离在 5 公里的范围(实际测试也有高达10几20公里的,尤其接收器在高地直线传输情况下,参见《唯传LoRa网关路由器测试结果惊人,稳定传输可达21.5公里》)。LoRa 的传输率可以自由调整,传输率越低,传输的距离可以越远。LoRa通讯架构 LoRa应用领域 LoRa模块介绍低功耗LoRaWAN节点模块产品概述QBIA-00201模块的射频芯片采用的是Semtech公司的LoRa芯片SX1278,主控芯片采用STM32L151,是一款低功耗、低成本、小体积的LoRaWAN模块。QBIA-00201模块主要应用于物联网、无线传感器网络、嵌入式等低功耗需求的场景中。产品应用范围LoRa/LoRaWAN终端节点物联网抄表集中器工业控制安全警报系统...了解详情

物联网技术业务思考和展望

卢斌 中国电信股份有限公司广东研究院摘要为了分析物联网技术业务并展望其未来的发展,从对物联网业务的预测出发,归纳分析物联网可能的业务场景,分析各种场景对应的无线接入技术的优缺点,最后对物联网的发展和商业模式进行展望。一、引言经过20多年的高速发展,移动通信成为当今经济发展的推动力,在以人为中心的手机通信市场,人口普及率达到90%甚至超过100%。为了寻找新的增长点,物联网业务逐步进入无线通信产业...了解详情

知乎讨论:如何评价LoRa这项应用于低功率长距离场景的物联网传输技术?

(以下属于网友内部讨论内容,随时八方意见,却能兼听则明,仅供学习参考,不代表本站观点和立场闫国涛寻找自己我们公司专做无线模块及相关产品,其中LoRa模块及GateWay也是主推的产品,产品的性能和质量怎么样,我们自己说好有点王婆卖瓜,但用过的用户都表示不错。我们也是一家做技术的公司,产品性能和质量做不好就是打脸,这一点我们还是很注重的。若需要了解模块和网关的产品,可以登录网址广州朗威电子科技有限公司|LoRaWAN|ZigBee|Wi-Fi,或淘宝网店首页-朗威科技-淘宝网。也可电话沟通:闫先生,1380928096发布于 2017-01-21谈毅IMIO智能硬件极客平台创始人1 人赞同基于大面积家庭的智能家居场景(比如100平米以上,三个房间带家具和水泥墙等等),zwave和zigbee都有明显距离短板,网关和终端的设计不好,很容易断线。相对来说,LORA的信号优势明显,IMIO创智云平台也在基于LORA推相关的智能家庭标准。看好LORA商用的发展。编辑于 2016-12-29TMT猎头有简历冲我来,别欺负HR。中兴成立中国LoRa应用联盟,两技术都布局,华为力推NB-IOT;一个非授权一个授权频段。后面应该会形成与国内运营商差异化布局吧发布于 2016-11-30ZackFu石油勘探设备工程师1 人赞同LORA在某些具体行业还是有它不可替代的作用,比如说地震勘探行业。它需要长距离10km, 低功耗是因为用电池供电。另外它需要的传输速度不高30kbps就足够了。最主要的是它是自己的局域网络,保密性好。另外,可以把基站放在车,支持移动。它需要的是支持大量的终端节点1万到5万个。希望大家能够提供更多的信息,比如哪家的LORA 模块性能最好,从哪里可以买到可以信赖的gateway等。发布于 2016-09-02shoko camel物联网从业者5 人赞同整体表现还可以,传的远,抗干扰。不过远距离只能在低速率配置下,看应用场景,一般物联网也够用了。———————————————-Semtech未来重点还是对LoRaWAN的支持,毕竟有标准化的路要走完。重点有两颗料SX1301+SX125x,基本上集中器就这个搭配了,Baseband+PHY有点软件无线电的感觉,这不有实力的公司都直接用FPGA自己实现基带。LoRaWAN的好处这里就不多说了,总之可以解决大容量网络无线数据碰撞的问题,而且节点测的软件不用跑算法和复杂逻辑,把这部分工作交给Concentrator似乎更符合物联网设计理念,弱化Node端是降低功耗的必要手段。———————————————-来个框图,了解一下整体结构,不要盯着LoRa/扩频通信这些技术本身。基本上很清晰,PHY出来的I/Q信号交给基带处理,再通过SPI给主控。有个小细节SX1301可以直接识别GPS的timestamp信号,用于基站间的时间同步,毕竟同步是必要的嘛。———————————————-忘记说了,这些都是开源的,在树莓派上跑了一些简单的应用。整体图Radio部分细节图———————————————-似乎就这些了,不定期关注这个技术,有兴趣的可以看一下LoRaWAN spec的Class A和Class B部分,基本够用了,实现起来也简单。———————————————-最后再来张图,这个是非常不错的项目。发布于 2016-08-18张强资深软硬件工程师我个人认为lora技术不适合运营商,用户的需求长尾而破碎。也许NB iot能构建统一的运营商物联网,但我个人觉得协议偏复杂,可能很难把联网芯片的成本做到2个美金以下。我们公司的方向帮客户构建企业级私有物联网络。这是一个高度定制化的ToB生意。这里是我们的一些实施案例:物联网IOT产品及解决方案简介发布于 2016-08-10Acejason物联网1 人赞同昨天刚和Semtech的几位攻城狮聊了一下,因为我们是做Z-Wave的,感觉他们的定位也是蛮清楚的,其实芯片的功能大家都知道了,就是看怎么开发和应用,现在市场上zb,zw,ble,wifi,3g/4g.nbiot等等联盟已经蛮多了,应用的地方和场景还有开发的难易度决定了未来的市场份额,以后分的会越来越细的。。。。发布于 2016-04-07知乎用户接触过一点,看到过某公司在郊区实测,单个基站能覆盖20公里的距离,还是很强的。目前在持续观望中。微信号公众号 AUGTEK物联网观察 和 物联网智库目前都在讲这一块,里面好像有讲到国内的一些覆盖问题。发布于 2016-04-06知乎用户 物联网搬砖工Sigfox想要吃独食。Lora让很多急于在物联网方面转型的运营商看到了希望。从技术的角度来说,Lora支持定位,更适合物联网应用;从商业的角度来说,lora的系统更open,大家都能玩。发布于 2016-03-07水思源通信行业硕士在读LoRaTM是Semtech公司为远距离低功耗低速率应用开发的一个无线调制方案,它主要应用在智慧城市的建设和改造中,如智能电表,地下管网侦测等,优点就是超低的功耗,超长的续航可达10余年,在未来的万物互联中有着广泛的应用前景。发布于 2016-03-03丁盛从开发产品到开发人才1 人赞同铺网做运营商不太现实,会在某些行业或区域内作为私网出现,现在来看,市政设施监测和无线抄表是lora应用比较好的领域,未来会替换掉zigbee,zigbee的数据率不大不小很尴尬。发布于 2015-12-28MikeWay运营混子,技术油子。4 人赞同泻药。刚看了下技术介绍,目前布局的就几大家公司,应该属于战略布局,目前都属于观望阶段。我个人对其技术特点从应用场景的角度分析对其未来发展不是太看好,由于个人眼界有限,不当之处还请高人指正。下面解释原因:1:新型扩频技术,改善接收灵敏度(15公里,10mA接收电流,睡眠电流<200mA),从替代Wi-Fi或3/4G的角度来说,其技术本身对个体流量带宽的承载太小,做近场通讯控制民用市场绝对是BLE的天下,工业那块有倒是有使用的可能,毕竟不需要授权,而且工业环境对距离的要求确实比民用的要求高。2:定位机遇信号的空中传输时间而非RSSI(接收信号强度指标),精度5m@10公里范围。大范围的定位指示依靠GPS能满足要求,小范围定位iBeacon不会比它差,如果两边都不能讨好的话那使用它有什么益处?3:最关键的是其他技术在手机中都有成熟的应用,如果想让这项新技术高速发展必须进入民用市场,这中间的难度系数有多大?需要整合的资源有多少?在有Wi-Fi,3/4G,蓝牙的情况下,增加这项技术到手机终端的可能性有多大?4:家庭智能设备如果要选择这项技术的话没有看出其比zigbee、蓝牙、Wi-Fi作为接入接口的优势,想吞噬已有的市场份额没有强大的动力(技术或成本优势)基本很难做到。5:其他无限技术都是有诸多应用,坑也早被人趟过了,新技术带来的新坑有多少厂商愿意去趟呢?目前来看我所能想象的到的方向基本都在工业应用了。了解详情

LoRaWAN介绍12 唤醒误差

“我若数点,比海沙更多; 我睡醒的时候,仍和你同在。”— (诗篇139:17-18理想情况下,Gateway和End Nodes在精确的时间点完成唤醒通信,然而,晶振的误差,使End Nodes会在该“理想时刻”点徘徊。为保证唤醒通信的成功率,End Nodes需要根据晶振误差,打开一个时间窗口与Gateway“幽会”。1 唤醒窗口LoRaWAN的Class B规定,Gateway发送的数据帧包含8个symbols的preamble(前导码),End Nodes至少需要5个symbols的preamble来同步接收。换一句话说,Gateway和End Nodes需要5个symbols的时间窗口是重叠的,才能保证本次唤醒通信成功。如下图所示,一次成功的唤醒通信有3个重要的参数:RxOffset:Gateway开始发送与End Nodes最佳启动接收的时间差;RxWindow:End Nodes开启接收的时间窗口长度;RxError:End Nodes因晶振误差带来的时钟漂移。2 最早与最迟时刻点以Gateway开始发送时刻为基准,End Nodes有2个边界时间值:T_RX_early和T_RX_late,至少需要5个symbols的重叠,因此有如下公式:T_RX_late = 3 x Tsymb                                                        (1)T_RX_early = 5 x Tsymb – RxWindow                                 (2)因晶振误差导致的RxError,落在T_RX_early和T_RX_late之间,因此有公式:T_RX_late – T_RX_early = 2 x RxError                                (3)为了达到最佳唤醒成功率,EndNodes的开启接收时刻,应位于T_RX_early和T_RX_late的中心,因此有:RxOffset = (T_RX_late + T_RX_early) / 2                            (4)在上述时间中,RxError是已知的(它依赖于晶振的固有误差和温度的变化…),需要求解的是:RxWindow:它的值决定End Nodes开启多长时间的接收窗口;RxOffset:它的值决定End Nodes是“提前”还是“推后”开启接收。拿公式(1)减公式(2),结合公式(3),则有如下公式(4):RxWindow= 2 x Tsymb + 2 x RxError                                  (5)拿公式(1)加公式(2),结合公式(5),则有如下公式(6):RxOffset= 4 x Tsymb – RxWindow / 2                                 (6)3 应用实例实例1某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 1.5ms,它工作在SF7/125kHz无线条件下,试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError =1.5ms;SF7/125kHz下,Tsymb = 1ms;根据公式(5)和(6)有:RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 1+ 2 x 1.5 = 5msRxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 1– 5 / 2 = 1.5ms小结:该End Node应该“推迟”1.5ms开启接收,窗口时间值为5ms.实例2某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 20ms,它工作在SF7/125kHz无线条件下,试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError = 20ms;SF7/125kHz下,Tsymb = 1ms;根据公式(5)和(6)有:RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 1+ 2 x 20 = 42msRxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 1– 42 / 2 = -17ms小结:该End Node应该“提前”17ms开启接收,窗口时间值为42ms.实例3某End Node的晶振误差在睡眠1秒后可达到+/- 20ms,它工作在SF10/125kHz无线条件下,试推导RxWindow和RxOffset的值。已知RxError = 20ms;SF10/125kHz下,Tsymb =8.2ms;根据公式(5)和(6)有:RxWindow = 2 x Tsymb + 2 x RxError = 2 x 8.2+ 2 x 20 = 56.4ms考虑RxWindow需要取symbol的整数倍,且大小或等于56.4ms,有:RxWindow = 7 x Tsymb = 7 x 8.2 = 57.4ms,RxOffset = 4 x Tsymb – RxWindow / 2 = 4 x 8.2– 57.4 / 2 = 4.1ms小结:该End Node应该“延迟”4.1ms开启接收,窗口时间值为57.4ms.4 常用误差与窗口
RxError = +/- 1.5ms, BW = 125kH
STsym...
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LoRaWAN介绍11 唤醒通信

“矛盾是一切运动和生命的根源。”–〔德〕黑格尔:《大逻辑在无线通信设计中有一个矛盾的地方:一方面,为了节能,要求节点尽可能长时间地休眠;另一方面,为了快速通信,要求服务器尽可能快地唤醒节点。缓解该矛盾的办法是:约定唤醒、时钟同步和避免冲突。本文通过对LoRaWAN的Class B唤醒通信的分析,您将会看到设计一个物联网不得不在诸多因素中作出折中,即“两害相权取其轻”。1 切换Class B一个End Node从Class A(Class C不能)能切换到Class B,这取决于该Node的应用需要,切换过程如下:(1) Node的应用请求LoRaWAN协议栈切换到Class B;(2) 协议栈开始搜索网关发送的Beacon(信标帧),如果搜到Beacon,则返回BEACON_LOCKED原语,否则返回BEACON_NOT_FOUND原语;(3) 如果希望加速发现Beacon,协议栈可以使用“BeaconTimingReq”的MAC命令,为保证网络高效运行,该命令1小时内仅能发送一次;(4) Node根据自身电量和应用需求,选择唤醒通信的时隙间隔和通信速率;(5) 如果Node成功切换到Class B模式,它每次UPLINK的帧中FCTRL=1;(6) 一个移动的Node,必须定时告诉Server自己的方位,这往往通过发送一个UPLINK帧来完成,用于Server选择信号最强的Gateway唤醒通信;(7) 如果一个节点在2小时内,没有接收到Beacon帧,那么它将失去与网络的同步,协议栈会通知应用层切换回Class A模式。2 Beacon时间值Class B中Beacon每隔128秒发送一次,End Node定期打开一个接收窗口,称之为“ping slot”,Server在该接收窗口发送的下行通信称之为“ping”。如下图所示,Gateway每隔128秒发送Beacon,End Node每32秒打开一个“ping slot”,如果Server发送“ping”,End Node将回应数据帧。为保证Beacon帧的正确发送,设置了BEACON_RESERVED时间值;为防止一次ping和response通信,与Beacon的发送相冲突,设置了BEACON_GUARD时间值;因此,留给Server和Node唤醒通信的时间值BEACON_WINDOW=BEACON_PERIOD – BEACON_RESERVED –BEACON_GUARD;这4个时间值如下:BEACON_PERIOD = 128sBEACON_RESERVED = 2.120sBEACON_GUARD = 3.000sBEACON_WINDOW = 122.880s3 时隙随机化想象下,如果一个网络有1000个End Node,如果它们在同一时刻侦听ping,那会带来什么后果呢?答案是:系统冲突,或者叫过度侦听,这会消耗End Nodes更多的电能。如,Server希望唤醒第1000号End Node进行通信,其他999个End Nodes也不得不侦听 “与自己无关的DOWNLINK帧”而消耗电能。为解决这个问题,每个EndNode的唤醒时刻是随机化的。每个Beacon周期(128s),Node的pingOffset(第一个ping窗口)随机公式如下:Key = 16 x 0x00Rand = aes128_encrypt(Key, beaconTime |DevAddr | pad16)pingOffset = (Rand[0] + Rand[1] x 256) % pingPeriod前面提到BEACON_WINDOW=122.880s,它被分成212=4096时隙,每个时隙30ms.如上图所示,EndNode在一个Beacon周期开启4次ping slot,即pingPeriod=1024(时长=1024x30ms=30720ms),pingOffset每次都不一样(在3个Bacon周期中,它分别为:512、0和1023)。以pingOffset=512,可以看到4次ping slot打开的时刻点,如下表所示。
sloBeaconRese...
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LoRaWAN介绍10 定位

“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。”–《青玉案·元夕无论是追踪老人、小孩和宠物,还是查找资产和贵重物品,节点定位是物联网中高附加值的应用。LoRa宣称,使用3个或多个Gateway而产生TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)能实现“不依赖其他设备”定位。本文一起来分析下定位的原理和基于LoRa可能的方案。1 一个TDOA的故事在大街上行走的人们,很容易探测警笛(119火警、120救护)声音的来源,会下意识地给该车辆让道。为什么呢?人类的身体很奇妙,该声音有较高的带宽(长音和短音结合),当它们传入2只耳朵后有时间差,我们“精密尖端”的大脑能根据该时间差,准确计算出声音的来源。然而,当一种低带宽的声音,比如:刀在玻璃上刻划的尖锐声,我们很难定位该声音(更准确地说是听起来很难受)。该故事说明一个道理:TDOA定位与带宽有紧密的关系。2 LoRa目前定位精度下图是Semtech发布的定位测试报告,使用了11个Gateway和42个测试点,可以看到在城市环境中,达到90%概率的正确定位(错误率为10%)误差达到500米。换一句话说,90%的情况下LoRa的定位范围是一个半径为500米的圆。3 直线距离定位很明显,测量2点之间的距离是指直线距离。无线电测量直线距离基于如下因素:空中时间×带宽×功率。LoRa信号有较长的空中时间(传输速率较低),125kHz的带宽还过得去,但是它功率太低了。因为扩频调制带来的高接收灵敏度,使它能接收低于-142dBm的信号,然而,如此微弱的能量不足以计算直线距离。经常测试LoRa信号会发现,它的RSSI值在远距离下,偏差很大,主要是因为接收功率太小,很难精准计算。4 区分多径传播因为障碍物的存在,无线电信号是往往是多径传播,要准确地定位,就必须区分直线信号和反射信号。如下图所示,发射与接收者之间的距离是1号路径,因为有墙壁的阻隔,无线信号是按2号路径反射传播。这就要求接收者能有效区分多径信号,才能准确定位。区分多径信号的因素是带宽,接收者能计算路径差异=光速/带宽。例如,LoRaWAN中,信号标准带宽是125kHz,路径差异=(3×108)/(125×103),即2400米。如果LoRa Gateway接收一个信号,仅当直线传播和非直线传播(反射、折射和散射等)的路径差异达到2400米,它才能区分这些信号。带宽与定位精度的实例,如下图所示。左图,带宽为125kHz,路径差异=2400米。设路径1(直射)和路径2(反射)之间的差异小于2400米,由直射和反射传播组合的信号,接收者无法区分,因此计算距离出现较大的误差。右图,带宽为10MHz,路径差异=30米。设路径1(直射)和路径2(反射)之间的差异大于30米,由直射和反射传播组合的信号,接收者可以区分,因此计算距离出现极小的误差。小结:LoRa因为超低功耗,难以计算直射距离;LoRa因为较低带宽,难以区分多径传播。5 可能的突破点5.1 平均功率如果长时间的统计发射与接收方之间的功率,那么可以较精确地取得平均功率,这对于计算距离很有帮助。然而,LoRa为了取得低功耗,节点往往短暂发射,尽可能长地休眠,并且低精度的晶振(LoRa推荐使用低成本XTAL,高品质的可能使用TCXO),让平均功率统计变得不容易。5.2 多网关确实,在多网关的应用场景中,隔节点近的网关,它能接收非常强的直射传播信号,那么微弱的多径传播信号就变得微不足道了,这就可能较精确地计算定位。然而,这种方案是建立在布置大量网关的基础上,它的弊端是高成本。即使网关再便宜(其实不便宜),这种定位方案的整体成本会高出其他“替代方案”。6 目前可行方案鉴于定位在物联网中的重要性,LoRa能结合以下方法。6.1 GPS在节点上安装GPS模块,这是传统的定位方法,优点是简单;缺点是:耗电,高成本,仅能工作在室外。6.2 RSSI在这种方案中,有一个信号发射器(如:蓝牙、红外、RFID等),带有接收器的LoRa节点会发送RSSI和时间值给服务器,服务器计算出该LoRa 节点的位置。6.3 热点地标在这种方案中,LoRa节点绑定WiFi扫描器,该扫描器能得知附近WiFi热点的ID和RSSI,服务器根据这些值和像Skyhookis之类的数据库,计算该LoRa节点的位置。7 延伸阅读1. 介绍在GSM的200kHz带宽下TDOA定位的挑战:http://cs.gmu.edu/~iyoun/geo/pdf/qi_thesis.pdf2. 介绍无线定位的基础,策略和误差:http://faculty.poly.edu/~tsr/wp-content/uploads/CV/ICP/1997-05-Wireless%20Position%20Location-%20Fundamentals,%20Implementation%20Strategies,%20and%20Sources%20of%20Error.pdf3. 介绍UWB超带宽定位技术和产品:http://thetoolchain.com/mirror/dw1000/uwb_wireless_positioning_systems_technical_report.pdf了解详情

LoRaWAN介绍9 安全

“引到永生,那门是窄的,路是小的,找著的人也少。”–《马太福音安全对于物联网设备来说很重要,因为他们经常部署在重要的基础设施中。同时,节点在物理上是分布式系统,无线信道很容易被攻击者监听,这些给安全带来更多的挑战。LoRaWAN使用了双重128AES加密机制,以提供安全的通信机制,达到安全的3个要素:保密性、完整性和可用性。1 双密钥的来源在《LoRaWAN介绍7 入网》中提到,LoRaWAN使用2 个密钥:NwkSKey和AppSKey,它们分别对应用层数据和MAC协议帧加密。那么,这2个密钥是怎么来的呢?如果是ABP模式,这2个密钥是在Server和End Nodes双方同步配置。如果是OTAA模式,这2个密钥是按如下公式计算出来的:NwkSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x01|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)AppSKey=aes128_encrypt(AppKey,0x02|AppNonce|NetID|DevNonce|pad16)现在,一起检查下这2个密钥的安全性。首先,AppKey是Server和End Nodes的根密钥(至关重要),双方共同拥有,并且不曾参与通信交换,因此攻击者无法通过窃听无线电而破解。Server回复AppNonce和NetID给End Nodes时,使用了基于AppKey的128AES加密,攻击者可以窃听无线电,但很难破解该密文。剩下DevNonce,我们在后续分析它的安全,以及如果防范攻击。2 双重加密逻辑首先,FRMPayload(可以是应用数据,也可以是MAC命令)的明文,通过128AES加密,生成密文。细心的人会发现,为什么Key依赖于FPort的值呢?因为,FPort=0,代表MAC命令,使用NwkSKey密钥;FPort=1~255,代表应用数据,使用AppSKey密钥。这是为了取得信息“保密性”。然后,基于NwkSKey,生成CMAC(Cipher-based MessageAuthentication Code,基于密文消息认证码),取最后4字节做为MIC(Message Integrity Code,消息完整码)。这是为了取得信息“完整性”。因为双方都具备相同的2个Key,而128AES是对称加密机制,Server和End Nodes都可以有效使用该机制。即达到信息的“可用性”。加密过程如下图所示:对密码学熟悉的人们会发现,FRMPayload的加密不具备“完整性”,换一句话说,网络层虽然无法破解应用密文,但可以篡改应用密文,而接收方无法查觉。在LoRaWAN的Server架构中,NS(Network Server)负责网络层,一般情况下认为它是可信设备;如果对安全要求非常高的系统,那么需要在FRMPayload中内嵌MAC(消息认证码),来确保完整性。3 防止重播攻击我们回到OTAA的入网申请Join Request数据帧,此时,因为End Nodes没有办法生成2个Key,所以Join Request是以明文发送的,这可以被攻击者窃取。想象这样一个场景,某Nod#A发送Join Request帧,Server回复Join Accept帧,双方都生成2个Key,准备进行正常的网络通信。此时,攻击者重播窃取的Join Request帧,Server回复Join Accept并生成新的Key。错误出现了:该Node#A(持旧Key)和Server(持新Key),会因为Key不一致导致通信失败。为防止上述重播攻击,LoRaWAN要求Server保存上一次通信的DevNonce,仅当Node完成第一次UPLINK后,才能删除上一次DevNonce。这样,攻击者一旦重播Join Request帧,Server发现DevNonce是相同的,拒绝回复。有一个疑问,攻击者为什么不“伪造”Join Request帧呢?不是明文吗?我们看Join Request帧是受“完整性”保护的,如下:camc=aes128_cmac(AppKey,MHDR | AppEUI | DevEUI| DevNonce)MIC=cmac[0…3]攻击者没有AppKey,它发送“伪造”的Join Request帧,Server检测发现MIC错误,将会拒绝回复!4 管理密钥对于ABP入网机制,因为NwkSKey和AppSKey都是直接存储在End Nodes,特别小心,千万不要基于公开的信息来生成这2个Key,如:DevAddr,攻击者可以窃取该值。AppKey是根密钥,千万要小心保管!现代的加密机制,可靠度很高,暴力破解的难度非常大,大部分漏洞出在密钥上(密钥等于用户名、使用简单密钥、密钥泄露、基于公开信息生成等)。如果不保管好钥匙,再精致牢固的锁,也会被窃贼轻易打开!了解详情

LoRaWAN介绍8 服务质量(QoS)

“美好的东西在质不在量。”–伊索QoS(Quality of Service,服务质量)是一个网络的重要指标。SX1301基带芯片的多通道和多速率特性,提供了较高带宽;LoRa扩频调制,提供了长距离和较佳的抗干扰特性,这些是硬件提供的基础。QoS的其他方面:网络管理、自适应速率、可靠通信、快速下发和丢帧检测等,由LoRaWAN协议实现。1 网络管理实现一个网络的QoS,必须提供管理功能。LoRaWAN制定了一组MAC命令,专门为Server和End Nodes提供管理元数据的交换。如下表所示,大部分的MAC命令用于控制LoRa无线通信的参数:通信速率、发射功率、通信信道、信号强度、duty-cycle和dwell-time等。也提供了用于了解Server和End Node双方状态的命令:Server提供End Node当前信号强度;End Node提供自身电池电量和链路余地。LinkADRReq命令有一个参数:NbTrans,它能提供“非确认信息”的有效通信质量。“非确认信息”,即End Nodes发送的信息,不需要Server回复ACK,以简化实现和节省电能。然而,在一些特殊的环境(如:干扰较严重或信号微弱)下,希望End Nodes将同一个信息,重复发送给Server,以提高成功率,NbTrans就用于设置重复发送的次数。Orage公司推荐,End Nodes设置NbTrans=3。2 自适应速率在文章《LoRaWAN介绍3 优点》中谈到,ADR(自适应速率)是一个优点:LoRaWAN协议推荐,End Nodes应该尽可能地实现ADR算法,以便于增加电池寿命和最大化网络容量。站在End Nodes的角度,它比较担心:实现ADR算法后,通信速率是提高了,那通信距离还能保证吗?换句话说,Server能否接收到UPLINK数据帧。为了消除上述疑虑,End Nodes需要定期检测,即通过接收DOWNLINK数据帧,来测试网络正常。检测算法如下逻辑所示,看上去比较复杂,核心原理就一条:如果收到DOWNLINK数据帧,一切OK;否则,请求Server下发DOWNLINK,一旦超时,降低速率重试;直到速率等于MIN值或接收DOWNLINK为止。3 可靠通信通信协议提供的可靠性是基于ACK机制,LoRaWAN也不例外。如果通信的数据帧要求可靠地交付给对方,那就需要对方回复ACK。UPLINK的Confirmed帧如下图所示,End Node发送Confirmed帧Data0,没有收到ACK;它重复发送了Data0帧,直到接收到ACK,它再继续发送Data1帧。DOWNLINK的Confirmed帧如下图所示,Gateway发送Confirmed帧,End Node回复ACK帧。为了简化设计,End Node既可以立即回复ACK帧,也可以将ACK携带在下一次UPLINK帧中。4 快速下发LoRaWAN的主体是Class A,它的缺点是延时大,即Server要下发DOWNLINK数据帧,必须等待End Node下一次UPLINK。为了实现快速下发,协议中有一个标志位:FPending,它用于告诉End Node,请尽快通信。Confirmed+FPending如下所示,这是一种高效的通信,End Node不但回复了Data0的ACK帧,还能快速接收下一帧Data1。Unconfirmed+FPending在这种通信中,End Node通过发送void帧(应用层数据为空),来接收Server下发的DOWNLINK数据帧;如果接收失败,End Node还会重复发送void帧,因为,它知道还需要从Server接收DOWNLINK帧。Confirmed+FPending+ACK在下图中,Gateway不但回复了ACK,还发送了Confirmed数据帧,同时告诉End Node还有后续DOWNLINK,请快速建立通信。特别注意:ACK不能发送2次,因此End Node第二次回复的是void帧。5 丢帧检测LoRaWAN协议帧中有一个FCnt变量:Server端管理FCntDown,每发送一帧DOWNLINK,该值加一;2种情况除外,组播一个unconfirmed帧,或者,重复发送一个没有ACK的confirmed帧。End Node端管理FCntUp,每发送一帧UPLINK,该值加一;1种情况除外,重复发送一个没有ACK的confirmed帧。双方都记录接收数据帧的个数,并比较当前数据帧中FCnt的值,如果差异(小心回绕!)超过MAX_FCNT_GAP,那将说明有数据帧丢失,并将采取对应的恢复策略。了解详情

LoRaWAN介绍7 入网

“生命在他里头,这生命就是人的光。光照在黑暗里,黑暗却不接受光。”–《新约·约翰福音End Node要加入LoRaWAN网络,首先需要赋值和激活。一般说来,有2种方法完成入网:ABP(Activation by Personalization,个性化激活)和OTAA(Over-the-Air Activation,空中激活)。1 ABPABP是一种简单的入网机制,同时,它也不太安全,适合于建设私网。它的核心原理是,LoRaWANServer和End Nodes双方都保存相同的3个参数:DevAddr、NwkSKey和AppSKey。我们一起看一个实例,Loriot的Server是如何提供ABP入网机制的。首先,每一个EndNode都会有一个DevEUI(Device Extended Unique Identifier,设备扩展唯一标识),最常见的做法是,取MCU的SN(Serial Number,序列号),经过某种算法得到64位的DevEUI。在本例中,设一Node有DevEUI=BE-7A-00-00-00-00-0A-8E然后,在Loriot的Server端,提供DevEUI,将得到如下图的三个值(大端):DevAddr=01-33-51-A4NwkSKey=5A-DA-30-AA-3E-D6-98-4A-A3-FD-04-0D-3C-A6-86-B9AppSKey=7F-34-F6-20-41-37-EE-4C-97-B0-B2-82-2B-E1-7B-80最后,将这三个值,分别保存到End Node中。这样,该Node就完成了入网,可以与Server通信。2 OTAAOTAA是一种安全系统很高的入网机制,当然,它的代价是较复杂。借用大师Eric(经典书籍《The Art of Unix Programming》的作者)的一句话:数据结构压倒一切,它是编程的核心。我们列出了OTAA的数据流,如果有耐心看懂下图,您也就掌握了OTAA的入网原理。一个重要的数据,AppKey,它是root key,被Server和End Node共享使用。首先,一个End Node需要配置:AppEUI和DevEUI;并且取LoRa芯片的RSSI随机值,得到DevNonce。将这3个参数,组织成Join Request数据帧,发送给LoRaWAN Server。Server接收到Join Request后,分配DevAddr,连同AppNonce和NetID,组织成JoinAccept数据帧,回应给EndNode。End Node接收Join Accept后,提取DevAddr;结合4个参数:AppKey、AppNonce、NetID和DevNonce,使用aes128_encrypt(),生成2个密钥:NekSKey和AppSKey。您会发现,无论是ABP,还是OTAA,最终,End Node都会得到3个参数:DevAdd、NwkSKey和AppSKey。3 重传的限制一些外部事件的发生,如:断电、信号拥塞、网络断供…,一旦恢复,很可能会有大量(>100)的End Node同时申请入网。为了防止这些广播的Join Request拥塞整个网络,End Node需要实现“伪随机”离散入网,并且限制发送时间。“伪随机”,可以将DevAddr代入随机函数,生成入网时间,这样有效降低End Node同时入网的概率。一个End Node发送Join Request的时间,不但要遵守duty cycle的法规,还必须遵循如下的限制时间,以防止过多的入网报文干扰网络正常运行。保存契约一个End Node至少有2方面的属性:无线参数:频段范围、最大发射功率、RxDelay1和RxDelay2时长;应用类别:警报器、能源表计、资产跟踪、监测、网络控制等这些称之为契约,需要存储在Server中,AS(Application Server)和NC(NetworkController)需要使用它们,以便提供更好的网络服务。感知地区LoRaWAN是工作在ISM免费频段,然而,每个地区和国家的ISM频段是不一样的;即使是相同的频段,网关也可以使用多个信道,比如,中国470~510MHz的频域,划分了96个上行和48个下行信道。一个End Node在发起入网前,需要确认自己所有的区域和可以使用的信道,这需要采用如下的方法:如果End Node安装了GPS,它可以得知自身所有的区域和信道范围;End Node可以搜索beacon(网关每128秒发送),一旦接收成功,它将得知区域和信道范围;End Node可以搜索beacon,一旦接收成功且beacon包括GPS信息,它将得知区域和信道范围;End Node可以搜索beacon,一旦接收到入网频段列表,它将得知区域和信道范围。了解详情

LoRaWAN介绍6 部署

“历史不会重复自己,但会压着同样的韵脚。”--马克.吐温Orange在法国1300个城镇部署LoRaWAN网络,比利时、荷兰、匈牙利等部署国家或地区级的LoRaWAN网络……为什么都是欧洲?准确地说是欧洲小国,因为面积小,较少的投资即可覆盖全境范围。1 一个成功的WiFi网络2006年,FON公司发起一个建立全球性的无线大网的项目。购买一个FON的WiFi路由器,将它连接到Internet,您就可以在其他地方免费使用FON路由器的WiFi网络,地图上标识了每个FON路由器的位置。如果没有自己的FON路由器,您仍然可以使用FON的WiFi网络,当然,这是需要付费的。FON公司很成功,全球超过3350万个热点,年增长率200%,已经成为世界上最大的Wifi网络。2  LoRa能否效仿?如果LoRa效仿FON公司在WiFi上建设,那么将会有如下逻辑:a. 采购一个定制的LoRa Gateway,将其连接到Internet之上,保持24/7工作;b. 只要您购买的Gateway在线,您就可以连接一定数量的Nodes到全球网络;c. 如果您需要连接Nodes到没有LoRa覆盖的区域(通过地图可以查看),可以购买与安装新的Gateway,您可以获得连接对应Nodes的数量;d. 如果需要连接更多的Nodes(超过免费权限),您可以获取折扣价,作为帮助建设LoRa网络的回报;e. 没有自己Gateway的用户,需要为连接Nodes支付网络费用;f. 可以为科研与学生提供一些免费的LoRa连接带宽。3 演出相同的故事今天,Loriot、TheThingsNetwork、Sertone、Archos PicoWan这些商业公司,都在干同样的事情:建立一个全球、群集、便宜、公共的LoRaWAN网络,彼此之间的商业模式差异很小。其中Archos PicoWan颇具雄心,他们计划在欧洲部署20万个免费的微网LoRaWAN Gateway,2016年,该项目得到1200万欧元的投资。即,把LoRa物联网服务做成可出售的商品,这个市场很大,通过收取Nodes连接费用和后续增值服务来赢利。4  LoRaWAN真正的舞台无论是电信运营商,还是雄心勃勃的物联网公司,要建立一个公共(国家或区域级)的LoRaWAN物联网,都需要巨大的基础投入,并且赢利周期较长;对于全球经济不景气的当下,资金和预期都有很大的挑战。LoRaWAN最适合的场景,很可能第一个大规模应用,是基于工业4.0(智能制造)的测控。原因在于,投资它,几乎能“立竿见影”地获得收益。了解详情

LoRaWAN介绍5 对手

“真正的对手会灌输给你大量的勇气”–卡夫卡提到LoRa的对手,人们立即想到:SigFox(UNB,Ultra Narrow Band,超窄带)和NB-IoT(Narrow BandInternet of Things, 基于蜂窝的窄带物联网),最大的疑虑是:LoRa会不会被对手取代?答案是否定的!LoRa会和其他的物联网技术并存。免费频段的LoRa能提供专用频段所不适合的应用,它们一起为物联网提供...了解详情

LoRaWAN介绍4 缺点

“人类一思考,上帝就发笑”—-米兰·昆德拉尽管LoRaWAN由LoRa Alliance专家们(主要是:Semtech、IBM和Actility)建设,抛开技术复杂度和硬件较贵外,在以下技术方面,还存在缺陷。知道缺陷,是一件好事,它可以让后续的LoRaWAN协议去解决。正所谓,“弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。”1 免费频段+公开标准=易受攻击LoRaWAN工作在ISM(Industrial Scientific Medical,工业,科学,医学)免费频段,它的协议规范是公开的,这就带来一个问题:易受攻击。要“伪造”一个End Node是困难的,攻击者侦听到4字节的DevAddr,直接使用该地址发送报文,Gateway会转发给Network Server(LoRaWAN Server四种服务器之一,简称为NS),NS检查MIC(Message IntegrityCode,信息完整码,由NwkSKey进行128AES加密)错误,丢弃该“伪造报文”。还有一种攻击,那就是“恶意拥塞”。想象下,攻击者使用LoRa设备,在125kHz带宽,发送最大长度preamble(前导码),那么该通道将被恶意占用。只要攻击者遵守duty cycle和发射功率,这种攻击是“合法的”。很可能,需要政策法规或行业规范,才能让LoRaWAN免受拥塞攻击。2 异步ALOHA协议的低效率美国夏威夷州是一个群岛,铺设有线网络代价很大,为了让各岛用户使用中心计算机,使用了无线电技术。该项目于1968年由美国夏威夷大学承担,是世界上最早的无线电计算机通信网。该通信协议取名ALOHA,是夏威夷人表示致意的问候语。协议原理:很简单,只要用户有数据要发送,就尽管让他们发送。规定时间内若收到应答,表示发送成功,否则重发。重发策略:等待一段随机的时间,然后重发;如再次冲突,则再等待一段随机的时间,直到重发成功为止。优点:简单易行。缺点:极容易冲突。效率:纯ALOHA协议的信道利用率最大不超过18.4%(1/2e)。今天,LoRaWAN的主体Class A也是采用ALOHA协议,在省电和简单的同时,冲突和低效率也不可避免。所幸的是,传感器的通信数据和频率不高,SX1301能提供多通道的FDMA(频分复用),可以有效缓解冲突。进一步预测,多片SX1301,会更受青睐。3 Class B的GPS同步在无线通信协议设计中,唤醒通信是一个难点:节点在休眠,Gateway必须和它约定在精确的时间点通信,这就需要同步技术。LoRaWAN的Class B提供唤醒功能,它的同步源是GPS的秒脉冲。就算所有的Gateway具备GPS功能,处于室内它将无法接收到GPS信号(除非将GPS天线引出)。当然,室内Gateway还可以选择IEEE1588之类的网络对时协议,不管如何,复杂度的提高,会带来设计和部署的代价。仔细看LoRaWAN SpecificationV1.0.2,“Class B must be considered as experimental……”(Class B目前是实验版本)。4 应用数据的封包下图是LoRaWAN中国频段的最大数据帧长度规定,可以看到,DR0/DR1/DR2(分别对应:250/440/980bps)下,应用层最大数据长度为51字节,在不同的速率下,该值还是变化的。这给应用层设计MTU(Maximum Transmission Unit,最大传输单元)大小,增加了额外的困难。了解详情

LoRaWAN介绍3 优点

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mesh(网格)具备以下优势。2 大容量物联网的节点特别多,一个LoRaWAN网络能轻松连接上千,甚至上万节点的容量,得益于SX1301基带芯片的特长。多通道如下图所示,一片SX1301芯片,包括IF0~IF7,共8通道的LoRa调...了解详情

LoRaWAN介绍2 架构

1 为什么是星型网络,而不是mes仔细查看LoRaWAN的架构图,您会发现,End Nodes与Gateway的组网是star(星型)拓扑,为什么不是mesh(网格)呢?我们比较下start和mesh,就会发现LoRaWAN在无线网络上的优势。2  LoRaWAN标准架构LoRa Alliance制定的LoRaWAN架构分四个网络实体:End Nodes、Gateway、LoRaWAN Server和User Server。End Nodes和Gateway,semtech开放全部硬件和软件设计,降低了开发难度。特别提示:LoRaWAN的重点和难点—-LoRaWAN Server!(请看三遍)很显然,以下LoRaWAN的核心功能,都是由LoRaWAN Server实现的。控制无线参数:速率、功率、频率和ADR自适应速率;实现QoS:ACK可靠通信、网络管理等;通信协议:信息去冗余、精准回复、唤醒节点等;网络安全:节点入网、网络层和应用层加密解密;节点漫游:移动节点从A网关切换到B网关;增值服务:节点定位,节点自动升级等3  Gateway可以集成Server吗正因为LoRaWANServer是重点,同时又是难点,导致完整部署一个标准的LoRaWAN变得困难。肯定会这种思维出现:能否将LoRaWAN Server集成到Gateway上呢?这样一来,Gateway就可以直接连接User Server了,从而简化部署难度。调试过semtech官方的SX1301 Starter Kit的用户都了解,在配置完Mote的地址、NwkSKey和AppSKey后,打开浏览器,输入Starter Kit的IP地址,会看到如下采集数据。这时,疑问就来了,LoRaWANServer部署在哪一层呢?看到下面的剖析图,就发现它是和Gateway一起,集成在Linux平台之上。表面看,它简化了LoRaWAN网络的部署,然而,它是以牺牲功能为代价的。连基本的去信息冗余,它都很难实现。想象下:如果1个End Nodes发送的信息被3个Starter Kit接收,因为有3个Server在运行,要去除冗余的信息多么复杂。更别提健壮性技术的实现—-找到信号最强的Gateway,将回复信息发送给End Nodes。可见,将Server集成到Gateway上,只适合实验和演示。4 如何部署LoRaWAN Server前面提到LoRaWAN Server是重点和难点,如何部署它呢?这依赖您在物联网建设中的角色。运营商:提供区域、国家级的物联网,自己开发与维护LoRaWAN Server;私网:提供小范围(工厂或农场等)的物联网,可以使用商业的LoRaWAN Server,目前,国际主流的商业Server公司有:Loriot:https://loriot.io/(进入网站有耐心看到底,您将看到NADIA美丽的眼神)The Things Network:https://www.thethingsnetwork.org/开发者:和semtech公司签订NDA(Non Disclosure Agreement,不公开协议),您可以获取LoRaWANServer的源代码和资料,它也只是一个框架系统,针对具体的物联网,还是需要修改和维护。探索者:有一个开源的LoRaWAN Server:https://docs.loraserver.io/loraserver/当然,您得有足够的水平来掌握它:除了对IT技术(操作系统,编程语言,数据库,网络协议栈等)有要求外,还需要全面把握LoRaWAN体系结构和协议规范。了解详情

LoRaWAN介绍1 概貌

1 LoRaWAN是什么LoRaWAN是基于LoRa的低功耗广域网,它主要包括2个部分:通信协议和体系结构。它能提供一个:低功耗、可扩展、高服务质量、安全的长距离无线网络。2 LoRaWAN体系结构借助于LoRa长距离的优势,LoRaWAN采用星型无线拓扑,有效延长电池寿命、降低网络复杂度和后续轻易扩展容量。它将网络实体分成4类:End Nodes(终端节点)、Gateway(网关)、LoraWAN Server(LoRaWAN服务器)和Applicaton Server(用户服务器)。3 LoRaWAN通信协议在LoRaWAN的星型网络中, End Nodes使用单跳无线与一个或多个Gateway通信;Gateway通过标准IP链路(Ethernet、3G/GPRS和WiFi)与LoRaWAN Server通信;Gateway负责End Nodes和LoRaWAN Server信息的中继。4 LoRaWAN能干什么LoRaWAN主要此类设备提供无线通信:低功耗(电池一次性工作几年)、低速率(主要是传感器数据)、低成本(免流量费用)和长距离。5 LoRaWAN由谁来制定LoRa Alliance(LoRa联盟)负责制定LoRaWAN标准和执行认证。该组织是一个开放、非赢利和快速增长的机构,成员包括:科技巨头:IBM,Cisco, HP, Foxconn, Semtech和Sagemcom等;名牌企业:Schneider,Bosch, Diehl, Mueller, ZTE等;运营商:Orange,SwissCom等。6 LoRaWAN的目标是什么标准化:通过LoRaWAN Specification(说明书)和Certification(认证),从欧洲到非洲,从北美到东南亚,任何公司的LoRaWAN产品实现互连互通。市场化:通过标准化和生态圈,扩大LoRaWAN在物联网市场的份额。7 谁需要LoRaWANLoRaWAN的初衷是提供:区域、国家或全球的物联网。这样一来,它的体系和协议变得庞大复杂是必然的。以下可能需要LoRaWAN。1 运营商毫无疑问,运营商是最希望部署LPWAN(低功耗广域网)来为客户提供“无处不在”的物联网服务,这是在移动互联网已经饱和的情况下,又一波“增长红利”。这就可以理解欧洲国家(法国、荷兰和比利时等)部署LoRaWAN的热情了。2 大规模节点的私网智能工厂是最可能部署物联网的行业,毕竟有大量的设备需要监测和控制,且部署物联网能马上受益;节点多(>1000),需要LoRaWAN提供大规模接入能力。3 要求QoS的私网部分私网对于QoS(网络质量)有特殊的要求,比如:抗干扰能力强,吞吐量大,唤醒延时小,LoRaWAN能较好地满足这些需求。8 LoRaWAN会像IP一样成功吗IP(Internet Protocol)是最成功的网络协议之一,它奠定了互联网的基础,在信息互联上把世界变成了“地球村”;从服务器,到PC,到手机,甚至手表,都离不开IP。它的成功包括:开放,所有标准文档谁都可以下载使用;免费,使用IP不用缴纳版权费;标准,有委员会制定标准,保证全球IP设备互联互通;推动,科技巨头(IBM, MicroSoft, Cisco等)都大力推进IP的使用和标准化。今天,LoRaWAN与IP有极大的相似。开放:用户可以下载标准文档,还有宝贵的End Nodes和Gateway源代码;免费:使用LoRaWAN是不用缴纳版本费用;标准:由LoRa Alliance负责标准的制定和更新,对LoRaWAN产品执行认证;推动:有运营商、科技巨头(IBM, Cisco等)和生态圈企业一起来建设LoRaWAN安全:它是第一个对网络和应用数据使用128AES双重加密的无线网络。LoRaWAN能否成为世界级的物联网标准,其它因素也需要考虑:基础科技的革新(比如:超大容量储能电池的发明、超远距离高速无线通信技术等)、竞争对手的压力、商业风险,甚至全球经济和政治危机。9 LoRaWAN会有多大市场份额坦白地说,知道LoRaWAN在物联网中的份额是很难的,聪明的人只是去分析预测一个技术的前景,我们一起从微观和宏观来看看。微观方面各行业(生产、交通、医疗、农业、仓储、城市、生活等)要智能化,都依赖传感器将物理信息(如:温湿度、位置、压力、热和光等)转换成数字信息(即0和1二进制数据)。传感器主要是电池供电,采集数据量较小,数量庞大,地域分布广;它对通信的要求是:长距离、低功耗、低速率和低成本。可见,LoRaWAN在以“传感器为主体”的物联网大有用武之地。宏观方面SNS Research分析预测,45%~55%的设备将会接入LPWAN(低功耗广域网,LoRaWAN是其中之一)物联网。Machina Research分析预测,到2025年,将会超过30亿设备接入LPWAN物联网。10 LoRaWAN需要遵循哪些规定LoRaWAN的本质是无线通信网络,因此,它至少需要遵循以下规定:ChangeChannel(切换信道)End Devices每次发送数据包都需要随机切换信道,经验表明,切换信道可以有效降低同频干扰和无线信号衰减,从而建立一个更健壮的网络。DutyCycle(发送占空比)依赖不同的地区和国家,在ISM频段,一个无线电设备允许最大发射占空比是有限制的,这样做是为了保证公平和防止非法占用信道。以欧洲为例,Duty Cycle=1%,实例,如果一个设备发射时间=1S,接下来的99S,它将不能再发射无线电信号(可以接收无线电信号)。DwellTime(驻留时间)该限制主要是北美,在ISM频段,一个无线电设备每0.4S必须切换信道,这样做是为了保证信道利用率和增强抗干扰能力。实例,如果一个设备发射时间=1S,它必须跳频3次,才能完成发射任务。了解详情

LoRa学习笔记_汇总

LoRa在今年(2016年)应该是最火的物联网技术,Semtech不停攻城略地,七大洲,哦,除了南极洲,所有地区都宣布要建立国家级的LoRa网络。虽然,我大中国的运营商要做NB-IoT,但是不乏中兴、富士康、鹏博士等企业野心勃勃,要在NB-IoT正式商用之前就部署出一个类运营商的LoRa网络。在市场为低功耗广域网开始造势时,我们技术人员就要开始跟上了。IoT小能手在ZigBee、蓝牙、WiFi之后...了解详情

几种LoRa应用协议的定义以及应用方向

Lora几种应用协议分别是Lora协议、LoraWAN协议、CLAA协议、Lora私有协议等。下面就简单介绍一下这几种协议的应用,供大家参考LoRa协议LoRa™(Long Range,远距离)是一种调制技术,与同类技术相比,提供更远的通信距离。由于LoRa调制是物理层(PHY),因此也可将其用于不同的协议和不同网络架构(如Mesh、Star、点对点)等等。可以将LoRa概括为以下几种协议LoRaWAN协议...了解详情

物联网低功耗广域网络有哪些?

随着各类厂商不断发力低功耗广域网络(LPWA),物联网专用网络的话题在此引起业内的热议。物联网智库曾持续关注并推出多篇LPWA的文章,向业内介绍SigFox、LoRa、LTE-M等市场上已开始商业化的LPWA协议。作为一个新兴的、刚起步的技术和市场,LPWA网络协议应该是呈现多家争鸣的状态,那么,这一领域还有哪些技术,它们之间在多个指标上各有哪些特点?物联网智库本周为大家编译推出一篇LPWA协议的...了解详情