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Lora如此火热但你真的了解它吗?
发布者:任你博娱乐 发布时间:2019-05-12 10:56

 

   

  随着物联网(IoT)技术这几年被高度关注,耳熟能详如窄频物联网(NB-IoT)、LTE-M(Long Term Evolution, Category M1)、Wi-SUN及Sigfox等众多的技术与相关推广联盟在市场上争相竞逐,而LoRa技术在全球也有许多的布建与关注,今天我们重点讲讲LoRa。

  LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网)专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的,是近年国际上一种革命性的物联网接入技术。2016年全球有85个LPWAN部署网络部署宣布,几乎是2015年29个的3倍。LoRa已经具有更加成熟的生态链和更快的商用步伐,预计未来几年仍然保持成倍增长的速度。

  物联网应用中无线技术主要分为两种,一种是近距离无线技术,比如:蓝牙/WiFi/ZigBee。另外一种则是组成广域网的技术如2G/3G/4G,各个技术优缺点非常明显,在LPWAN技术产生前,通常远距离和低功耗两者只能取其一。LPWAN技术产生后,鱼和熊掌的问题可谓得到平衡,除实现更长距离通信和超低功耗外,还可以节省额外的中继器成本。

  LoRa 是LPWAN通信技术中极具代表性技术,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案,这种传输方案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、大容量的系统,进而扩展传感网络。目前,LoRa 主要在全球免费频段运行,包括433、868、915 MHz等。

  高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA,睡眠电流200nA,这大大延迟了电池的使用寿命。

  2、基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大。

  如图上图所示,网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。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。

  LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。

  LoRa网络主要由终端(可内置LoRa模块)、网关(或称基站)、网络服务器以及应用服务器组成。其网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透明传输的中继,连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信。

  LoRa的终端节点可能是各种设备,比如水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接,再通过3G网络或者以太网络,连接到网络服务器中。网关与网络服务器之间通过TCP/IP协议通信。

  LoRa的终端节点可能是各种设备,比如水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接,再通过3G网络或者以太网络,连接到网络服务器中。网关与网络服务器之间通过TCP/IP协议通信。

  Class A:双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信,每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输时隙是基于其自身通信需求,其微调基于ALOHA协议。

  Class B:具有预设接收时隙的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口,为了达到这一目的,终端设备会同步从网关接收一个Beacon,通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。

  Class C:具有最大接收窗口的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口,只在传输时关闭。

  基于LoRaWAN的网络能够提供安全的数据传输距离远的双向通信,并且用最少的网络基础设施覆盖城市区域,LoRa在在智慧农业、智慧建筑、智慧物流等多种应用场景中都将得到广泛应用。

  对农业来说,低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义,而这些数据指标短时间内不会产生明显变化,数据量小且对实时性的要求不高,因此LoRa无疑是最佳选择。

  对于建筑的改造,加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传,方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说,这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量,同时便携式的家庭式网关便可以满足需要,所以该场景LoRa是比较合适的选择。

  在自动化工业生产环境中,大量的智能技术得到应用,各种信息数据在网络中进行交汇,因此所选网络的特性直接关乎生产计划的执行质量。一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态,这时LoRa便是合理的选择。

  物流行业涉及的地域范围非常广阔,因此在选择网络时首选考虑的是低投入与高工作寿命。为了能够跟踪卡板以及确定货物的位置与状态,货运公司需要的是参与整个物流过程的设施均处于网络覆盖下,那么不仅要求网络节点足够经济性以便于大范围铺设,而且拥有机动性使其可以安装在运输工具上作为一个移动网关。如此,需要依靠4G基站布网的NB-IoT技术显然不能适应这方面要求,而LoRa低成本,高电池寿命,高机动性,以及在高速移动时通信的稳定性使得其能够在智能物流领域独领风骚。

  在新一轮物联网发展浪潮中,就低功耗广域网络领域,发达市场已规模化部署应用的背景下,国内的参与者也以开放性的智慧,推动LoRa网络在国内的规模化部署和应用,相信随着行业应用落地的增多,国内这张以共享经济理念形成的运营商级LoRa网络也将成为全球LoRa布局的最核心区域。

  目前,全球两大主流物联网网络NB-IoT与LoRa在中国迅猛发展,有关部门统计一千多款物联网应用产品已落地中国各省。据悉,70%的企业积极寻求成熟、可靠且快速落地的物联网产品,多数企业向福州市协成智慧科技有限公司采购NB-IoT和LoRa物联网解决方案,采购包括LoRa网关、烟感、水监测、红外探测、定位、排插等数十款物联网产品,另外代开发NB-IoT和LoRa物联网产品,以便快速圈地开展物联网业务,跻身全国各地市物联网龙头。“世界物联网发展看中国”形势正逐渐形成。

  总结:低功耗广域网络(Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物联网中不可或缺的一部分,具有灵活可扩展特性,规模可大可小,这是物联网产业成长与摸索阶段所需的,可以说是最适合物联网的技术。LoRa安全可靠,具有双向认证、端到端加密和完整性保护等特性,在安全设计上具备全面性和前瞻性,但物联网安全不容忽视,需业界共同努力持续推动。

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