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        物聯網入門必讀 | 低功耗廣域網通信技術LoRa

        2022-05-20 來源:

        物聯網的快速發展對無線通信技術提出了更高的要求,專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網)也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表,也是最有發展前景的兩個低功耗廣域網通信技術。


        關于NB-IOT的相關知識指路《NB-IoT技術正式被接受為ITU IMT-2020 5G技術標準!》,今天我們主要和大家聊聊LoRa。


        LoRa的誕生

        LoRa的誕生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向業界發布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術(Long Range,簡稱LoRa)的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm,與業界其他先進水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網絡連接可靠性。


        LoRa的優勢

        LoRa的優勢主要體現在以下幾個方面:

        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(與環境有關)。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---基于該技術的網關/集中器支持多信道多數據速率的并行處理,系統容量大。

        網關是節點與IP網絡之間的橋梁(通過2G/3G/4G或者Ethernet)。每個網關每天可以處理500萬次各節點之間的通信(假設每次發送10Bytes,網絡占用率10%)。如果把網關安裝在現有移動通信基站的位置,發射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市環境可以覆蓋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/網關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間而非傳統的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位則基于多點(網關)對一點(節點)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m(假設10km的范圍)。

        LoRa關鍵特性和優勢


        這些關鍵特征使得 LoRa技術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網應用。



        LoRa的網絡架構

        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網絡構架由終端節點、網關、網絡服務器和應用服務器四部分組成,應用數據可雙向傳輸。


        LoRa是創建長距離通訊連接的物理層或無線調制,相較于傳統的FSK技術以及穩定性和安全性不足的短距離射頻技術,LoRa基于CSS調制技術(ChirpSpread Spectrum)在保持低功耗的同時極大地增加了通訊范圍,且CSS技術數十年已經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。

        此外,LoRa技術不需要建設基站,一個網關便可控制較多設備,并且布網方式較為靈活,可大幅度降低建設成本。


        LoRa因其功耗低,傳輸距離遠,組網靈活等諸多特性與物聯網碎片化、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、智能物流等多個垂直行業,前景廣闊。



        LoRa和LoRaWan一樣嗎?

        在學習過程中,發現許多小伙伴容易把LoRa和LoRaWan混淆,其實兩者是有差異的。


        LoRaWAN基于LoRa遠距離通信網絡設計的一套通訊協議和系統架構,如果按協議分層來說LoRaWAN就是MAC層,LoRa是物理層。因此LoRaWAN原來也被叫做LoRaMAC。


        其實LoRaWan并不是一個完整的通信協議,因為它只定義了物理層和鏈路層,網絡層和傳輸層沒有,功能也并不完善,沒有漫游,沒有組網管理等通信協議的主要功能。LoRaWAN協議針對低功耗、電池供電的傳感器進行了優化,包括了不同級別的終端節點以優化網絡延遲和電池壽命間的平衡關系。它是完全雙向的,由安全專家構建確保了可靠性和安全性。

        本次關于LoRa的討論就到這里,下次我們再和大家繼續聊聊關于LoRa協議的那些事兒!


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