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導讀: 目前,相對于NB-IoT,LoRa是當前最成熟、穩定的窄帶物聯網通訊技術,其自由組網的私有網絡遠優于運營商持續不斷收費的NB網絡,且LoRa一次組網終身不需繳費。但是應用LoRa進行物聯網通訊開發難度大、周期長、進入門檻高。
1、長距離
得益于擴頻調制和前向糾錯碼的增益,LoRa取得大約2倍蜂窩技術(手機)的通信距離。長距離的“優秀基因”,使LoRaWAN可以使用star(星型)網絡拓撲,相比mesh(網格)具備以下優勢。
2、大容量
物聯網的節點特別多,一個LoRaWAN網絡能輕松連接上千,甚至上萬節點的容量,得益于SX1301基帶芯片的特長。
多通道
如下圖所示,一片SX1301芯片,包括IF0~IF7,共8通道的LoRa調制解調電路。無線電通道,相當于馬路的車道;通道越多,承載能力就倍增。
Semtech官方還有一種FPGA+SX1301的電路方案,典型的設計是8片SX1301集成到一個Gateway中,這樣,就具備8×8=64通道。
相信,對于中國人口和建筑物如果稠密的環境,這種8片SX1301網關會大有用武之地。
擴頻正交
因為LoRa是擴頻調制技術,不同擴頻因子的無線電信號是正交的,這是一個很重要的特性。如下圖所示,同一個信道中,擴頻因子(Spread Factor)從SF7~SF12(對應速率DR7~DR12)的6個無線電信號,彼此不相沖突。
這樣一來,一個SX1301可以構建6×8=48個“虛擬信道”,容量得到更進一步提升。
3、ADR技術
有了前面“擴頻正交”的基礎,再來理解ADR(Adaptive DataRate,速率自適應)就很簡單了。
如下圖所示,依賴End Nodes和Gateway的距離:越近,End Nodes將采用高速率;越遠,End Nodes將采用低速率。
ADR技術能帶來如下好處:
速率和容量
離Gateway近的End Nodes因為采用高速率,可以大大縮短無線電的空中時間,從而給其他End Nodes通信留下寶貴的帶寬,即,擴展了網絡容量。
更低的能耗
很明顯,End Nodes的速率越高,將會更多地休眠,電池壽命也就更長。
輕松擴容
當一個LoRaWAN網絡需要增加容量時,通過增加Gateway即可,因為部署更多的Gateway,它附近的End Nodes將會提速,整個網絡帶寬得到顯著提升。
4、安全
無線電天生容易被竊聽,安全變得很重要,LoRaWAN是第一個提出雙重加密的物聯網。
應用層:LoRaWAN Server和End Nodes的應用數據,由AppSKey進行128ASE加密和解密,即使網絡操作員也無法竊聽應用數據。
網絡層:LoRaWAN Server和End Nodes的通信幀,由NwkSKey進行128ASE加密和解密,它主要用于信息完整性校驗和防止“偽節點”攻擊。
5、低功耗
在mesh網絡(如ZigBee)和蜂窩網絡(如手機每1.5秒與網絡同步),都有喚醒同步的機制,即間歇性偵聽,是否有數據幀到來;這將消耗額外的電能。
LoRaWAN的End Nodes Class A(應用最廣)是異步通信,即,僅當它需要發送數據時,才發起通信。異步通信,比同步通信,省去了喚醒偵聽的電能。
6、一網絡多網關
在LoRaWAN網絡中,一個End Node的發送數據幀可以被多個Gateway接收,再轉發給LoRaWAN Server。這樣做的好處是,Server可以選擇****(信號強度****)的Gateway回復,并調整ADR。如果是移動的Node,從一個Gateway漫游到另一個Gateway,因為是同一個Server在管理,免除了復雜的移交工作,這給“定位”(如資產跟蹤)提供更多的便利。
7、三類終端
LoRaWAN協議定義了三類終端,這樣做的好處是,用戶可以根據:應用場景、節能需求和喚醒時延,靈活地選擇****的種類。更難得的是:協議允許End Nodes在運行中根據需要,進行Class A和B的切換。
Class A電池供電傳感器****節能Server無法喚醒End NodeClass B電池供電執行器節能并喚醒時延可控復雜,實現代價大Class C市電供電執行器隨時喚醒通信耗能大8 低成本。
因為semtech公開了Gateway和End Nodes的硬軟件設計,這極大地降低了開發成本。借用Brooks大師(經典名著《人月神話》的作者)的名言—-“復用技術,是降低錯誤,提高生產力的****途徑”。
LoRaWAN工作在ISM免費頻段,沒有頻段稅費,讓人們低成本部署一個私有物聯網成為可能。
目前,相對于NB-IoT,LoRa是當前最成熟、穩定的窄帶物聯網通訊技術,其自由組網的私有網絡遠優于運營商持續不斷收費的NB網絡,且LoRa一次組網終身不需繳費。但是應用LoRa進行物聯網通訊開發難度大、周期長、進入門檻高。據了解,為降低物聯網行業創業者進入門檻,協成智慧提供了一整套成熟LoRaWAN源代碼+LoRa Gateway網關定制方案,極大縮減了創業者在物聯網鏈路調通上所耗費的半年周期與巨額開發代價,便于快速切入物聯網具體應用,打造屬于自己的獨立物聯網運營品牌。
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