解密如何实现LoRa覆盖规划及仿真评估,打造高品质物联网络

2018年腾讯在深圳建设了一个超大规模的LoRa网络,而在这个网络建设中,腾讯基于SIRADEL的无线网络设计和智慧城市规划工具,实现了深圳市重点区域LoRa网络的仿真和优化。1 引言LoRa网络一般按业务部署需求进行局部建设,主要集中在智慧城市、智慧楼宇、智慧农业等场景,既有室外也有室内应用场景,例如资产或货物追踪、抄表类应用,以及井盖、停车位、烟雾、会议室等监测。无线网络覆盖规划和优化是网络建...了解详情

LoRa学习:LoRa关键参数(扩频因子,编码率,带宽)的设定及解释

学习大纲1、扩频因子(SF2、编码率(CR3、信号带宽(BW4、LoRa信号带宽BW、符号速率Rs和数据速率DR的关系5、 LoRa信号带宽、扩频因子和编码率的设定6、空中速率1、扩频因子(SFLoRa采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位,扩频信息的发送速度称为符号速率(Rs),而码片速率与标称的Rs比值即为扩频因子(SF,SpreadingFactor),表示了每个信息位发送的符号...了解详情

物联网之LoRa开发与应用三(LoRa人机界面开发)

文章要点1、TFT液晶屏工作原理2、TFT液晶屏驱动开发3、TFT人机界面开发TFT液晶屏工作原理内容概要1、TFT液晶屏显示原理2、1.44寸TFT液晶屏工作原理3、1.44寸TFT液晶屏硬件设计TFT液晶屏如何显示颜色深度Color 介绍 ① R,G,B三基色组合形成各种颜色。②能显示的颜色数由RGB的数字信号的位数来决定。(8bit 数字信号刚好能显示16.7M种颜色以3bit为例数字信号为例...了解详情

玩转LoRa物联网之天线选型

天线的性能在LoRa物联网中占据特别重要的位置,而在实际应用中,仅仅知道A天线比B天线好使,距离更远,并不清楚是什么原因造成了A比B好使,从而在应用中没有选择的方向。而在LoRa天线的介绍中,基本有以下参数:阻抗、驻波比、增益、频率、频率带宽等参数,都代表什么,如何选择?下面就简单介绍下几个不同的参数。LoRa玻璃钢天线阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。因为目前市场大部分的...了解详情

LoRaWAN 开发套件入门指南

一、物料清单以及配套资料1 x NanoGateway - 双频点 MultiSF(多达2 * 6 个 logic channels),克服了基于sx1301的网关下发时不能接收的弱点1 x Arduino UNO + Arduino LoRaWAN Shield+AI782 x AI783 x Antenn1 x Mini USB Cabl1 x Light Senso1 x 3 Pin Dupont Lin...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

LoRaWAN 基础知识与关键技术

摘要: LPWAN与LoRaWAN的关系 LPWAN或称LPN,全称为Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络强调低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。LPWAN与LoRaWAN的关系LPWAN或称LPN,全称为Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,...了解详情

低功耗广域网(LPWAN)技术-LoRa远距离无线技术

低功耗广域网(LPWAN)的是物联网领域中一个新的发展热点,由于其低功耗、广域的特点,非常适合于物联网大规模的部署。在中国制造2025和智慧城市建设发展过程中,低功耗广域网应用将会越来越多。下面可以从几个方面了解一下低功耗广域网近距离和远距离:常见的近距离无线通信技术,如Wi-Fi、蓝牙等,通信距离一般几十米,若要覆盖一个地区一个城市的网络,则部署成本会较高。而低功耗广域网无线通信距离可达几公里...了解详情

什么是LoRa?

1.LoRa概述智能物联网应用改善了我们的生活方式,并且正在解决城市和社区面临的一些挑战:气候变化,污染控制,自然灾害预警和生命急救。企业也通过改进运营和效率以降低成本获取效益。这种无线射频技术正在应用到汽车,路灯,制造设备,家用电器,可穿戴设备中。LoRa技术使我们的世界成为一个智慧星球。2.LoRawan技术支持的公司在我们此次的iot项目中,我负责底层采集数据,采集设备用的是ST公司的S...了解详情

LoRaWAN网络结构

LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一,LoRa网络规范有LoRa物理层技术(非开放技术由semtech提供)和LoRAWAN(MAC多媒体接入层)开放层协议。协议层次LoRa整个网络协议层次如下,Application为应用层,常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议,协议定义的终端类型有ClassA、ClassB、ClassC三种类型,其主要差别ClassA上行触发下行接收窗...了解详情

关于lora无线模块的几个基础问题

来源:技卓芯通信 作者:郭工一、LoRa是什么?LoRa是Long Range(长距离)的简称,是一种长距离、低功耗无线通信技术。2009年法国公司Cycleo设计出一种优异的扩频通信算法,后来,该公司被美国semtech公司收购,后者于2013年推出LoRa芯片。目前,semtech公司是LoRa芯片唯一供应商。二、LoRaWAN是什么?LoRaWAN是LoRa Wide Area Networ...了解详情

拨开迷雾,重新认识LoRa物联网

来源:物联江湖近日,物联网产业又爆出猛料——LoRa 联盟(LoRa Alliance)和腾讯日前共同宣布,腾讯已在最高层面加入LoRa联盟,这将进一步加快LoRaWAN技术的采用。这是继阿里巴巴、中国联通与Semtech合作以及Google加入LoRa联盟之后LoRa领域迎来的又一重要事件,无疑对于LoRa技术在中国加速发展提供了巨大的驱动力。伴随着物联网产业的快速发展,阿里巴巴、Google、...了解详情

LoRa在铁路智能铁鞋上的应用

来源:ZLG致远电子铁路运输的车站防溜工作是行车管理的重点,防溜铁鞋灵活轻便、防溜效果好且成本低,是当前车辆防溜的首选工具。本文将介绍LoRa如何在铁鞋智能化改进过程中发挥作用。车站是铁路运输的基层生产单位,防溜工作是车站行车管理工作中的重中之重。防溜铁鞋由于其体积小、设置灵活,防溜作用良好且成本相对低廉,是目前车辆防溜措施中的首选设备。由于传统的防溜铁鞋使用管理均是人工放置、撤除,其放置地点远离...了解详情

物联网大变局:LoRa 正式获批

来源:CSDN 作者:马超11月28日工信部根据《中华人民共和国无线电管理条例》发布了相关公告(http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n4509607/c7545828/content.html),对微功率短距离无线电发射设备生产、进口、销售和使用进行了规范。这个公告最值得关注的点在于这句“470-510MHz限在建筑楼宇、住宅小区及村...了解详情

工信部52号公告针对LoRa了吗?

近日,工业和信息化部发布了2019年第52号公告,对微功率设备生产、进口、销售和使用进行了规范。公告发出后,有人认为这是在封杀LoRa,因为LoRa是外国技术,用多了未来会被卡脖子,应该发展自主知识产权的NB-IoT;另一种看法则认为,这次公告反而对LoRa有利,因为它其实是在规范化管理未来的物联网无线技术频谱,而且中国LoRa组网所采用的频率,并不在被禁范围内…为适应无线电技术发展趋势,深入贯...了解详情

LoRa 物联网集成开发套件

[导读]LoRa物联网开发套件主要包括:1 个 LoRa 网关(室内型)、2个数据传输单元(DTU)和1个半年免费使用的 IoT平台账号。简介LoRa 物联网集成开发套件由数据传输单元(DTU,Data Transfer Unit), LoRa 网关(室内型)和TurCloud™IoT 平台组成。数据传输单元(DTUDTU是一种基于 LoRa 技术的无线数据传输终端, 利用 LoRa网络为用户提...了解详情

关于LoRa,你了解多少

说到LoRaWan,许多人自然就会想到了LoRa。LoRa是LoRaWan的一个子集,属于物理层的一种调制技术,其采用线性调制扩频的方式,能显著提高接收灵敏度,实现了比其它调制方式更远的通信距离。LoRa作为LPWAN主流技术之一,其的发展现状及未来趋势是人们所关注的。那么,关于LoRa,你了解多少?关于LoRa,你了解多少LoRa,即远距离无线电(LongRangeRadio),作为一种线性调频...了解详情