LoRa技术、LoRa网络架构及其优势全解

一、什么是LoRa技术LoRa是一种专用于远距离低功耗的无线通信技术,其调制方式相对于其他通信方式大大增加了通信距离,可广泛应用于各种场合的远距离低速率物联网无线通信领域。比如自动抄表、楼宇自动化设备、无线安防系统、工业监视与控制等。具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点,可根据实际应用情况对天线增益进行调节。二、LoRaWAN网络架构LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在...了解详情

物联网的人对人通信:用LoRa DIY一部双向呼叫器

━━━━如今,我们有很多方式来实现无线数据传输,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee和蜂窝连接是比较常见的几种方式。不过还有一种较新的协议受到了越来越多的欢迎。LoRa能够在中等距离范围内提供低功率、低带宽通信,通信距离为2到15公里之间,具体取决于环境的复杂程度。LoRa是为迅速发展的物联网而建立的,它使用扩频传输方式,将远程传感器和嵌入式设备与中心节点相连接。数据速率一般为0.3到27千比特/秒(k...了解详情

LoRa Q & A

介绍LoRa是一种长距离、低功耗的无线射频通信技术,客户可以使用非授权频段架设、安全可控的私有物联网。 LoRa在全球范围持续高速增长,截至2020年1月,LoRa的连接节点超过了1.45亿个。从LoRa联盟的会员数量可以看出从事LoRa产品开发的公司数量也在迅速增长。LoRa联盟现有约500个会员,其中许多来自中国,例如阿里巴巴和腾讯。以下是本问答文档中讨论的LoRa在中国的关键要点LoRa符合中国工信部公告52号的所有要求...了解详情

LoRaWAN节点工作方式ClassB是什么

在前面的文章中,为大家介绍了什么是LoRaWAN节点工作方式ClassA/C,在这篇文章中,ClassB工作方式。此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。LoRaWAN,工作方式,ClassClass B中的B的就是Beacon的意思,Class B的节点除了在rx1和rx2接收NS的数据外,还可以在和NS同步完时间之后,周期性的打开一个接收窗口来接收NS发送给它的数据。如何做到时...了解详情

什么是LoRaWAN节点工作方式ClassA/C

来源:瑞科慧联科技有限公司在这篇文章中,将为和大家分享节点的三种工作方式中的ClassA和ClassC。此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。LoRaWAN,LoRa节点节点的工作方式总共分为三种,第一种叫Class A,A的全称是All,意思是所有LoRaWAN节点都必须支持该工作方式。第二种叫Class B,B的全称是Beacon,Class B工作方式的节点,可以周期性的接收...了解详情

LoRa无线通信设计(三)小区环境测试

引言我们在《LoRa无线通信设计(一)原理》中解释了LoRa扩频通信带来更长的通信距离的原理http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47857259。在微功率无线通信中典型的应用场景是3种:空空距离通信:如连接湖、河、平原、山丘等自然区域的机械设备和传感器;住宅区域通信:如连接小区、工厂、商场的灯光和烟雾报警器等;跨楼层通信:如连接家庭水、燃气、电、热等表计;在小区环境通信中,无线电信号会受到高层建筑物的阻碍,无法做到直线传播。当绕射的信号到达接收器时比较微弱,需要接收灵敏度高的机制才能保证通信。LoRa通信距离远,抗干扰能力强,那么它在一个住宅小区里的通信性能如何呢?我们一起看看小区测试情况。一.测试小区我们挑选了一个成熟的小区,该小区有5334户,高层建筑(18层和32层)有64栋,容积率3.95(密度较大)。该小区的实景图如下:二.测试方法我们使用iWL881A无线通信模块进行测试,该产品由长沙市锐米通信科技有限公司研制,www.rimelink.com,属于LoRa长距离低功耗产品,实物图片如下。有想了解该产品低功耗特性的朋友,请参考博文:http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47700597iWL881A共支持10个档位,每个档位的速率如下表:
档位1
速率(bps61324448816028750810162033
长度13612252525
在不同的通信速率下测试数据帧的长度不同,通信数据为随机数据,外加2字节的CRC16校验。以第10档为例,随机数据长度为252字节,外加2字节校验,即...了解详情

LoRaWAN 规范1.0 (章节10~13)

10 B类模式的上行数据帧除了帧头中FCtrl字段的保留(RFU)位,B类和A类的上行数据帧一样。B类使用A类中没有使用的RFU位
第几位3…
FCtrADADRACKReACClassFOptsLe
上行数据中的 ClassB 位设为1,来告诉网络服务器:设备已经转换为B类模式,已经准备在照预定时间接收下行ping。下行数据的 FPending 位意义不变,仍然表示服务器上有等...了解详情

LoRaWAN 规范1.0.2(章节7)

7. 物理层(Physical Layer7.1 欧洲ISM频段 863-870MHz7.1.1 欧洲 863-870 前导码同步字见下表:
调制方式同步字前导码长度
LoR0x38 symbol
GFS0xC194C5 byte
symbols参考资料比特速率、码片速率和符号速率等区分7.1.2 欧洲863-870 ISM频段信道频率欧洲的无线电频谱的ISM频段由ETSI[EN300.220]分配。网络运营商可以自己定义网络通道,但任何 EU868MHz 终端设备都必须实现下面三个默认信道。这些信道是所有网络网关都必须一直终监听的最小集合。
调制方式带宽[kHz信道频率[MHzFSK 比特率 或 LoRa 数据率或比特率Nb 信道占空比
LoR12868.10 868.30 868.5DR0 至 DR5 / 0.3-5kbp<
为了访问物理层,ETSI强制规定...了解详情

LoRaWAN 规范 1.0.2 (章节6)

6 终端激活(End-Device Activation所有终端设备在正式加入LoRaWAN网络之前必须先进行初始化并激活。有两种激活方式无线激活(Over-The-Air Activation (OTAA)),设备部署和重置时使用;手动激活(Activation By Personalization (ABP)),此时初始化和激活一步完成。6.1 激活成功后存储在终端设备的数据以下信息在激活成功后回存储在终端设备:设备地址(DevAddr)、应用ID(AppEUI)、网络会话密钥(NwkSKey)和应用会话密钥(AppKey)。6.1.1 终端设备地址(DevAddr)DevAddr是终端在当前网络中的识别码,大小32bits。结构如下:
Bi[31..25[24..0
DevAddr bit...
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LoRaWAN 规范 1.0.2 (章节5)

5 MAC Command网络管理时会在网络服务器和终端MAC层之间传输一系列MAC命令。MAC层命令对应用、应用服务器以及终端设备上的应用永不可见。一帧数据中可以包含任何MAC命令序列,MAC命令既可以放在FOpts中和正常数据一起发送;也可以放在FRMPayload中单独发送,此时FPort = 0,但不能同时在两个字段携带MAC命令。放在FOpts中的MAC命令不加密,并且不能超过15个字...了解详情

LoRaWAN 规范 1.0.2 (2~4章)

2 LoRaWAN 简介LoRaTM 是由Semtech开发的一种远距离、低功耗、低速率的无线射频技术。本文档中,将具有比A类更多功能的设备统一称为 “高类终端设备”。原文Devices implementing more than Class A are generally named “higher Class end-devices” in this document.2.1 LoRaWAN Classes终端双向通信(A类)A类的终端设备每次发送数据后会打开两个持续时间很短的接收窗口来接收下行数据,终端设备通过这种方式实现双向通信。传输时间间隔等于终端设备基础的时间间隔加上一个随机时间(ALOHA类型协议)。对终端设备来说,A类是功耗最低的系统,只有在发送数据后的一小段时间内接收处理服务器发送来的数据。服务器在其它所有时间上的下行数据必须等待节点下一次发送数据才可以下发。通过随机时间对间隔进行微调来实现随机访问,让所发送者平等、自由地竞争信道的使用权。低功耗,先发送后接收,发送和接收交替进行。终端只有在发送数据后才能接收处理服务器发送来的数据,发送数据不受接收数据的影响。收发比=1:1具有接收时隙的终端双向通信(B类)B类终端设备允许更多的接收窗口。在A类接收窗口的基础上B类设备还会在特定的时刻打开更多的接收窗口。而为了保证终端设备能够在特定的时间打开接收窗口,它会从网关接收信标来完成时间同步。这样服务器也就可以获知终端设备的所有接收窗口的时刻。同样是先发送后接收,不同的是每次发送后按照一定时间间隔启动接收窗口,接收多条数据。时间间隔从网关获取,以便服务器知晓终端接收消息的时刻。收发比=1:N最大接收时隙的终端双向通信(C类)C类终端设备的接收窗口,除了在发送数据的时候关闭外一直处于打开状态。C类终端功耗比A类和B类都大,但对于和服务器之间的交互来说延迟也最低。打开接收窗口的时间间隔很小,几乎不间断的接收消息。比A和B更耗能,但和服务器交互的延迟低。 2.2 规范高级类的附加功能向下兼容低级类。所有LoRaWAN终端必须实现A类的功能。注意:本规范手册中:物理消息格式、MAC消息格式以及A类和其它高级类都具备的东西,只在本手册的A类部分介绍。3 物理层消息格式LoRa中用来区分上行和下行消息。3.1 上行链路消息上行链路消息由终端发送经过一个或多个网关中转后到达服务器1。它使用的LoRa无线分组显性模式由物理头(PHDR)和它的CRC(PHDR_CRC)校验组成。由CRC保证荷载数据的一致性(发送和接收的数据完全一致,不仅仅是数据完整)。Uplink PHY:3.2 下行链路消息下行链路消息由服务器发送给终端设备,每条消息对应的终端设备是唯一确定的,而且只通过一个网关2转发。下行链路消息由物理头(PHDR)和这个头的CRC(PHDR_CRC)组成3。下行链路消息:3.3 接收窗口设备终端每次发送数据完成后打开两个收窗口。以数据发送结束作为基准进行计算接收窗口的开启时间。发送 | | RX1 | RX2|<---------------------->|<--------------------------->| || 无线发送耗时 | RECEIVE_DELAY1 | || |<------------------------------------------------------->|RECEIVE_DELAY3.3.1 第一个接收窗口的 开启、使用的信道和数据速率第一个接收窗口(RX1)使用的频率、数据速率与上行传输时使用的频率、数据速率存在映射关系。RX1在发送完成后第RECEIVE_DELAY1秒(+/- 20 毫秒)开启。并且收发数据使用的数据速率和地域有关,详情资料在文档《LoRaWAN 区域相关参数手册》(LoRaWAN Regional Parameters document)。默认情况下第一个接收窗口数据速率和最后一次发送数据时使用的速率相同。3.3.2 第二个接收窗口的 开启、使用的信道和数据速率第二个接收窗口RX2使用经过修正的可配置的 经过配置的固定的 频率和数据速率。RX2在发送完成后第RECEIVE_DELAY2秒(+/- 20 毫秒)开启。频率和数据速率可以通过MAC命令修改(见第5章)。默认的频率和数据速率与地域相关,详情资料在文档《LoRaWAN 区域相关参数手册》(LoRaWAN Regional Parameters document)。3.3.3 接收窗口持续时间接收窗口的最短时间必需满足:终端设备的无线收发器能够处理完下行数据的前导码。3.3.4 接收期间接收者的活动无线电接收器在某个接收窗口检测到相应的前导码后会继续接收,直到下行数据帧全部解调完毕。如果在第一个接收窗口检测并完成解调,同时通过检查地址(服务器分配的地址)和MIC,确认该帧属于本节点,终端设备不再打开第二个接收窗口。3.3.5 服务器给终端设备发送消息服务器必需要十分精确的在这两个接收窗口的时间点上发送数据终端设备才能收到。3.3.6 接收窗口相关的重要事项上一次发送结束后,在没有收到数据或者第二个没有关闭前,不能再次发送。3.3.7 其它协议数据的收发节点可以通过LoRaWAN收发窗口监听或传输其它协议,或者做任何传输。收发其它协议或者在LoRaWAN收发窗口之间传输任何数据。 不过,终端设备仍然要遵守当地法律法规并且遵循LoRaWAN规范。4 MAC 消息格式LoRa所有的上下行链路消息都会包含PHY负载(Payload),该负载以单字节MAC头(MHDR)为开始,MAC头后面是MAC负载(MACPayload)4,结尾是4字节的消息一致码(MIC)。4.1 MAC 层 (PHYPayload)
大小(字节1.....
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LoRa节点未注册,网关却收到数据之大揭秘

来源:瑞科慧联科技有限公司为什么刚购买的节点还没有注册,就可以在网关上看到节点发送的上行数据,其实很多刚接触到LoRa的朋友都会有这样的疑问。LoRa节点,LoRa网关LoRa其实是一种无线信号传输,只要网关和节点处于同一个信道,网管就能接收到节点发送的数据。这时候可能大家又会担心了,如果别人的网关可以接收到我们节点的数据,那我们的数据岂不就是被其他人窃取了么?节点在发送数据前,会对数据进行加密处...了解详情

LoRa无线通信设计(二)空空距离测试

引言我们在《LoRa无线通信设计(一)原理》中解释了LoRa扩频通信带来更长的通信距离的原理http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/47857259。在微功率无线通信中典型的应用场景是3种:空空距离通信:如连接湖、河、平原、山丘等自然区域的机械设备和传感器;住宅区域通信:如连接小区、工厂、商场的灯光和烟雾报警器;跨楼层通信:如连接家庭水、燃气、电、热等表计;Semtech公司号称LoRa的最大空空通信距离可达15千米,当然这是在最低速率(BW=7.8kHz, FEC=4/8,SF=4096 chips/symbol, 约1.43bps)和最佳环境(天气良好,环境适宜)下取得的成绩。毕竟1.43bps的速率除极为特殊的场合(如:像“探索者2号”之类的太空通信或军事应用)外,作用不大。今天,我们挑选一个尚能应用大部分场合的低速率(BW=62.5kHz, FEC=4/5, SF=1024 chips/symbol, 约204bps),在湘江边空旷地区进行空空距离测试。Let’s Go!一.测试地区概貌我们先用百度地图看看本次LoRa空空距离测试区域的概貌,如下图所示,将发射模块放置在起点位置,测试人员沿“长沙绕城高速”前行,分别在江西岸(1.7公里)、江中(2.4公里)、江东岸(3.2公里)和芙蓉北路(4.6公里)进行通信测试。起点与这4个测试点之间空旷,没有建筑物,是一个难得的测试场景。二.测试方法我们使用iWL881A无线通信模块(长沙市锐米通信科技有限公司,www.rimelink.com,LoRa长距离低功耗产品),设置在第4档位,使用弹簧天线。考虑通信速率比较低(约204bps),通信数据为16字节随机数据,外加2字节的CRC16校验,即通信帧总长为18字节。发射器每发送一帧数据后进入等待状态,如果接收到接收器的回应(即18字节)后,再发送下一帧数据,通过统计发送帧数目和接收帧数据,可以计算出通信成功率。接收器每接收到通信帧,闪烁LED1,表明接收到数据包;然后对16字节的数据校验CRC16,如果正确则回应18字节的数据帧,闪烁LED2灯。我们把发射器放置在湘江边高层建筑的25楼,如下图所示,拿接收器沿高速公路前行,通过观看LED灯的闪烁可以得知通信成功与否。三.测试结果在湘江西岸(1.7公里):接收器成功接收到数据帧,根据LED1和LED2同时闪烁可知,接收成功率高。湘江中(2.4公里):通信正常,LED1和LED2闪烁接近,接收成功率高。江东岸(3.2公里):有一些丢包,LED1的闪烁次数与LED2明显要多。此时,发射模块的大厦已经隐隐约约了。芙蓉北路(4.6公里):此处已经无法看到发射节点的大厦了,令人惊讶的是,接收器的LED1和LED2灯仍然闪烁,比例约为2:1,即接收成功率为50%。4.8公里处失联:继续向东,过芙蓉北路约200米,仔细测试超过5分钟,LED1和LED2没有任何闪烁,可以断定此处通信失败。看图片可知,有桥梁、树木等阻碍,足以中断微弱的信号(无线信号衰减与距离的平方成正比)。四.测试总结首先,还是证明了LoRa无线超长的通信距离,虽然我们只测试了4.6公里,这对于物联网建设已经是一个很大的应用场景。想象下,我们隔一条江就可以用无线控制对面的一个机械设备(如水泵的开关或放水闸门开关),这是一个多么节省成本和人力的方案。要知道这个微功率无线产品价格低廉,且使用的是免费无线频带,再加上它的低功耗可以方便安装在电池供电的掌机上。相反,GPRS技术硬件价格比LoRa模块高,需要到中国移动(或联通)购买一张SIM卡,每个月需要支持流量费用。另外GPRS能耗高,如果安装在便于携带的掌机上,需要价格不菲的大容量锂电池,还要经常充电。其次,不得不佩服欧美人的科研精神和信念。扩频技术理论已经有70多年了,因为调制解调技术的复杂性,一直没有应用在微功率IC上。现在,Semtech公司于2013年成功研制LoRa芯片。除去人家多年科研积累和人才,更有一种坚持不懈的精神和科技为人类服务的信念。这些,正是我们这个浮燥和功利民族学习的地方,中国人聪明,同时需要增长科学智慧。往返徒步10公里,经过3个小时的测试时间,已经到了下午1点了,饥饿侵袭,看着下图修铁路工人就餐,感受到了简单的幸福。随后,上一张湘江美景。70多年前游弋在此的是日寇的汽艇,再过5天,我们将迎来抗战胜利70周年大阅兵。无论战争还是和平年代,努力提高自身水平,提高民族竞争力,提升国力,永远都是真理。了解详情

LoRa无线通信设计(一)原理

引言1901年,古列尔默.马可尼把长波无线电信号从Cornwall(康沃尔,位于英国的西南部)跨过大西洋传送到3200公里之外的Newfoundland(加拿大的纽芬兰岛),至此人类进入了无线通信时代。100多年来,无线技术的发展为人类带来了无线电、电视、移动电话和通信卫星。近20年,最让人们深刻感受的是移动通信,手机几乎成为人们的一个器官,用它便捷接入Internet。无线通信具有一些天生优势:...了解详情

全面介绍LoRaWAN终端OTAA入网方式

在之前的文章中向大家介绍了LoRa终端OTAA与ABP入网方式工作原理区别介绍、在弱网区域下,LoRa终端的入网方式该如何选取。本文主要介绍了OTAA节点是如何入网的。此文来自小七老师,小七老师是腾讯云在线课堂物联网讲师。OTAA,终端入网,LoRaWAOTAA的全称是Over The Air Activation。它的入网步骤是这样的:节点发出的Join Request请求通过网关转发到服务器...了解详情

千呼万唤始出来,ART-Pi LoRa开发套件正式发售

描述ART-Pi LoRa上线开售随着国内物联网产业的蓬勃发展,RT-Thread国产开源操作系统开始被大量开发者使用,成为目前国产RTOS中用户群最大的一个,开发者生态也最为活跃。基于此,利尔达科技与睿赛德科技联合出品了一套面向物联网开发者的 LoRa 产品原型设计工具包——ART-Pi LoRa开发套件。ART-Pi LoRa开发套件(EVKM0201)支持利尔达全系LoRa节点与网关模块,拥...了解详情

LoRa组网案例5:无线电表,唤醒+总线

案例背景某用电采集系统,为减少布线和施工的代价,计划使用无线采集方案。在方圆1km的区域,连接400块电表。基于国网电表通信协议,响应时间要求小于10秒。需要和某电表通信时先广播该电表号和请求命令,约20字节;对应表号的电表根据命令发送回复帧,约100字节;非该表号的电表不予回应。通信拓扑如下图所示提取需求
因素指标
距离1000米,墙壁、门等会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(20 * 8 + 100 * ...
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LoRa组网案例4:无线水表,上报+唤醒

案例背景水表无线集抄具备很多好处:容易施工、缴费便捷、方便查询等。长期以来困扰该方案的是,既要长距离通信,又要低功耗以延长电池使用寿命。现在,LoRa无线可以解决该难题。以32层高,每层4户为例,集抄128支水表;每15分钟抄读约10字节用水数据;10秒内能控制任意表计开阀(2字节,欠费停水,续费使用)。提取需求
因素指标
距离层高可达32楼,墙壁和门等会造成信号衰减
带宽纯负载带宽:(128 * 10 * 8...
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