物聯(lián)網(wǎng)入門(mén)必讀 | 低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)LoRa
物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)提出了更高的要求,專(zhuān)為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網(wǎng))也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表,也是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。
關(guān)于NB-IOT的相關(guān)知識指路《NB-IoT技術(shù)正式被接受為ITU IMT-2020 5G技術(shù)標準!》,今天我們主要和大家聊聊LoRa。
一
LoRa的誕生
LoRa的誕生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下的超長(cháng)距低功耗數據傳輸技術(shù)(Long Range,簡(jiǎn)稱(chēng)LoRa)的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm,與業(yè)界其他先進(jìn)水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網(wǎng)絡(luò )連接可靠性。
二
LoRa的優(yōu)勢
LoRa的優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面:
1---大大的改善了接收的靈敏度,降低了功耗
高達157db的鏈路預算使其通信距離可達15公里(與環(huán)境有關(guān))。其接收電流僅10mA,睡眠電流200nA,這大大延遲了電池的使用壽命。
2---基于該技術(shù)的網(wǎng)關(guān)/集中器支持多信道多數據速率的并行處理,系統容量大。
網(wǎng)關(guān)是節點(diǎn)與IP網(wǎng)絡(luò )之間的橋梁(通過(guò)2G/3G/4G或者Ethernet)。每個(gè)網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬(wàn)次各節點(diǎn)之間的通信(假設每次發(fā)送10Bytes,網(wǎng)絡(luò )占用率10%)。如果把網(wǎng)關(guān)安裝在現有移動(dòng)通信****的位置,****功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右,而在密度較低的郊區,覆蓋范圍可達10公里。
3---基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統可以支持測距和定位。
LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時(shí)間而非傳統的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位則基于多點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))對一點(diǎn)(節點(diǎn))的空中傳輸時(shí)間差的測量。其定位精度可達5m(假設10km的范圍)。
LoRa關(guān)鍵特性和優(yōu)勢
這些關(guān)鍵特征使得 LoRa技術(shù)非常適用于要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應用。
三
LoRa的網(wǎng)絡(luò )架構
LoRa主要在全球免費頻段運行(即非授權頻段),包括433、868、915MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò )構架由終端節點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器和應用服務(wù)器四部分組成,應用數據可雙向傳輸。
LoRa是創(chuàng )建長(cháng)距離通訊連接的物理層或無(wú)線(xiàn)調制,相較于傳統的FSK技術(shù)以及穩定性和安全性不足的短距離射頻技術(shù),LoRa基于CSS調制技術(shù)(ChirpSpread Spectrum)在保持低功耗的同時(shí)極大地增加了通訊范圍,且CSS技術(shù)數十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用,具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點(diǎn)。
此外,LoRa技術(shù)不需要建設****,一個(gè)網(wǎng)關(guān)便可控制較多設備,并且布網(wǎng)方式較為靈活,可大幅度降低建設成本。
LoRa因其功耗低,傳輸距離遠,組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合,因此被廣泛部署在智慧社區、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農業(yè)、智能物流等多個(gè)垂直行業(yè),前景廣闊。
四
LoRa和LoRaWan一樣嗎?
在學(xué)習過(guò)程中,發(fā)現許多小伙伴容易把LoRa和LoRaWan混淆,其實(shí)兩者是有差異的。
LoRaWAN基于LoRa遠距離通信網(wǎng)絡(luò )設計的一套通訊協(xié)議和系統架構,如果按協(xié)議分層來(lái)說(shuō)LoRaWAN就是MAC層,LoRa是物理層。因此LoRaWAN原來(lái)也被叫做LoRaMAC。
其實(shí)LoRaWan并不是一個(gè)完整的通信協(xié)議,因為它只定義了物理層和鏈路層,網(wǎng)絡(luò )層和傳輸層沒(méi)有,功能也并不完善,沒(méi)有漫游,沒(méi)有組網(wǎng)管理等通信協(xié)議的主要功能。LoRaWAN協(xié)議針對低功耗、電池供電的傳感器進(jìn)行了優(yōu)化,包括了不同級別的終端節點(diǎn)以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )延遲和電池壽命間的平衡關(guān)系。它是完全雙向的,由安全專(zhuān)家構建確保了可靠性和安全性。
本次關(guān)于LoRa的討論就到這里,下次我們再和大家繼續聊聊關(guān)于LoRa協(xié)議的那些事兒!
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