基于LoRa技术的物联网解决方案

LoRa作为低功耗广域网(LPWAN)的一种长距离通信技术,近些年受到越来越多的关注。随着物联网从近距离到远距离的发展,必将会产生一些新的行业应用和商务模式。 思科( Cisco)、IBM、 升特( Semtech)及微芯( Microchip)等LoRa联盟成员正在积极推广LoRa技术。ST已与Semtech达成合作,将会推出基于LoRa的参考设计,提供给LoRa开发者更多的产品和设计资源,以帮助开发者进行基于LoRa技术的物联网设计开发

在部署LoRa物联网应用时,需要有较强的技术基础,尤其是LoRaWAN协议,设计一个稳定可靠的产品系统,仍有一定的技术门槛。为减少LoRa开发者的基础工作的工作量,加速物联网系统的设计和部署,本文推荐一个基于LoRa极速的物联网平台解决方案。

NPLink简介

NPLink基于LoRaWAN广域通讯、互联网、大数据处理等多项技术,打造从感知层到应用层两者之间完整的物联网无线通讯解决方案,适用于广域物联网无线通讯平台,具有可网管、远距离、高容量、低功牦、低成本、抗干扰等特性。

物联网平台解决方案包括:通讯网络服务器(Network Server)、通讯网关(Gateway)、智能尘埃(Mote)、开源的云端SDK开发包、开源的Mote端SDK开发包,以及配套的测试工具&协议分析软件(Sniffer)。

解决方案平台架构

解决方案系统架构为:云/应用服务器、LoRa网络服务器、LoRa网关、LoRa节点等。如下图所示:

网络服务器(Network Server)

主要功能介绍:

  •     LoRaWAN MAC
  •     GW网管及配置
  •     EN配置及OTA
  •     与应用服务器数据交互
  •     基于源数据选择最佳的下游路径
  •     RTCM高精度定位差分数据广播( 选购)
  •     调度下行流量

主要性能:

  •     GWM接入数量:2000台
  •     EN接入数量:>100万

网关(Gateway)

LoRa网关(Gateway),或者称之为LoRa基站。

主要特点:

  •     可同时接收同一信道流量
  •     8个channel,每个channel可同时收发多个数据
  •     易于扩展,增加网络容量
  •     可同时解调2MHz的带宽
  •     简单的星形网络、无延迟、无损失
  •     自适应链路速率
  •     同时通讯节点10万指标
  •     回传接入方式:LAN*1个、3G/4G模块1*个(可选)
  •     发射功率:27dBm
  •     链路灵敏度:-157dBm
  •     距离:1.5KM
  •     频率支持:433/470/490/780/868/915MHz
  •     电源:POE
  •     尺寸:250(L)X230(W)X970(H) mm
  •     工作温度范围:-40°C到+85°C

网关的部署方式:

节点(Node)

LoRaWAN? 模块(LoRaWAN? Module)

主要特点:

  •     LoRaWAN? Module 内置STM32L051C8T6 CPU
  •     完整实现LoRaWAN? 1.0协议栈
  •     板载STM32L051C8T6 CPU
  •     支持LoRaWAN? Class A、Class B、Class C
  •     使用TCXO
  •     168db动态范围 RSSI
  •     9.9mA低RX电流,200nA寄存器保持
  •     FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTMand OOK 调制
  •     频率范围: 433/470/490/780/868/915MHz
  •     输出功率: +20dBm(100 mW)
  •     电源:2.4~3.6V
  •     灵敏度:-147dBm
  •     距离:>1.8km
  •     尺寸:27(L)X23(W)X2.5(H)mm
  •     工作温度范围:-40~+85°C
  •     模块提供SDK开发包

测试节点(Test Node)

主要特点:

  •     Test Node适用于网络覆盖质量评估
  •     Test Node适用于网络Sniffer
  •     内置0.96寸OLED屏
  •     红色指示灯一个
  •     按键一个
  •     外接端口15pin(RS232 SPI I2C I/0)
  •     外接USB接口和编程接口
  •     串口支持MAVLINK协议透传
  •     串口支持AT指令集配置工作参数及IO口工作模式
  •     频率: 433/470/490/780/868/915MHz
  •     输出功率: +20dBm
  •     电源: 5V / 200mA
  •     灵敏度: -147dBm
  •     距离: >1.5 km
  •     尺寸: 49(L)X35(W)X12(H)mm
  •     工作温度范围: -40~+85°C

开发设计

应用层快速开发

NPLink为应用开发者提供了云端及Mote端的开源SDK开发包,物联网应用开发商基于这两个SDK开发包,可快速完成物联网应用开发工作,而无需关心网络层所要解决的问题。

感知层快速开发

NPLink为感知件的开发提供了LWM模块(LoRaWAN Module),核心MCU采用了意法半导体公司(ST)的基于ARM Cortex-M0+内核的超低功耗32位单片机,可以通I2C/SPI/GPIO/ADC/DAC等连接传感器及控制器,结合NPlink提供的Mote端开源SDK开发包,即可快速实现具备NPLink物联网通讯能力的产品。

NP-LINK Mote SDK

NPLINK-Mote-SDK 的整体代码体系结构整体可分为3 层,分别为:

  • 第1 层:硬件层,主要包括外设IO 的驱动、STM32L051 的驱动库文件、以及通信芯片SX1276/79 的驱动。
  • 第2 层:OSAL 及MAC 层,实现了OSAL 的管理及MAC 的核心代码,LoRaMAC 以lib 的形式提供服务。
  • 第3 层:应用层,包括了自带的APP task 及用户可自定义的业务逻辑task。

 

开源资源

SDK开发包通过开源的方式发布,当前发布的开源SDK包含以下(SDK不定时更新,敬请关注):

  •     NPLink-Cloud-SDK 云服务端开发包
  •     NPLink-Mote-Ambiq-SDK Mote端开发包
  •     NPLink-Mote-STM32-SDK Mote端开发包

开发者从GitHub上下载SDK: https://github.com/NPLink

应用案例

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