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  什么是LoRa技術(shù)

  LoRa是一種專用于遠(yuǎn)距離低功耗的無線通信技術(shù),其調(diào)制方式相對于其他通信方式大大增加了通信距離，可廣泛應(yīng)用于各種場合的遠(yuǎn)距離低速率物聯(lián)網(wǎng)無線通信領(lǐng)域。比如自動抄表、樓宇自動化設(shè)備、無線安防系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視與控制等。具有體積小、功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點，可根據(jù)實際應(yīng)用情況對天線增益進(jìn)行調(diào)節(jié)。

  LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關(guān)是一個透明的中繼，連接終端設(shè)備和服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通過標(biāo)準(zhǔn)IP連接，而終端設(shè)備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關(guān)通信，所有的節(jié)點均是雙向通信。

  LoRa網(wǎng)關(guān)和模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng)，而LoRa模塊間理論上可以點對點輪詢的方式組網(wǎng)，但是點對點輪詢效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于星形網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)多通道并行接收,同時處理多路信號，這大大增加了網(wǎng)絡(luò)容量。采用Lora也可以實現(xiàn)測距和定位。LPWAN的電池使用壽命較長，對于那些需要發(fā)送少量數(shù)據(jù)的傳感器和應(yīng)用而言是真正做到了低功耗。

  定位和測距

  LoRa測量距離是根據(jù)傳輸信號的空中傳輸時間而不是接收信號強(qiáng)度RSSI值，定位則可根據(jù)多點(網(wǎng)關(guān))對一點(終端)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達(dá)5m。

  LoRa的頻段選擇

  按理論來說，可以使用150 MHz 到 1 GHz頻段中的任何頻率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的頻段都可以使用，在常用頻段(如433MHz，470MHz~510MHz，780MHz以及歐美常用的868MHz和915MHz都屬于常用頻段)以外的一些頻率并不能很好的支持。AUGTEK主導(dǎo)LoRaWAN 470~510MHz協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定，目前在中國提供470-510MHz頻段網(wǎng)關(guān)。

  LoRa的優(yōu)勢

  主要體現(xiàn)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(dá)157db的鏈路預(yù)算使其通信距離可達(dá)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(shù)據(jù)速率的并行處理，系統(tǒng)容量大。

  如圖2所示，網(wǎng)關(guān)是節(jié)點與IP網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁(通過2G/3G/4G或者Ethernet)。每個網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬次各節(jié)點之間的通信(假設(shè)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(xiàn)有移動通信基站的位置，發(fā)射功率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(qū)，覆蓋范圍可達(dá)10公里。

  3、基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)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(tǒng)的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位則基于多點(網(wǎng)關(guān))對一點(節(jié)點)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達(dá)5m(假設(shè)10km的范圍)。

  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(yuǎn)、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應(yīng)用和領(lǐng)域。

  LoRa網(wǎng)關(guān)

  LoRa網(wǎng)關(guān)位處LoRa星形網(wǎng)絡(luò)的核心位置，是終端和服務(wù)器(Server)間的信息橋梁，是多信道的收發(fā)機(jī)。LoRa網(wǎng)關(guān)有時又被稱為LoRa基站或LoRa集中器，雖然定義不同，但其實是同一含義。

  LoRa網(wǎng)關(guān)使用不同的擴(kuò)頻因子，不同的擴(kuò)頻因子兩兩正交因而理論上可以在同一信道中對多條不同擴(kuò)頻因子的信號進(jìn)行解調(diào)。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間通過標(biāo)準(zhǔn)IP進(jìn)行連接，終端通過單跳與一個或多個網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊，所有的終端通訊都是雙向通訊，同時也支持軟件遠(yuǎn)程升級等。以下幾個網(wǎng)關(guān)的幾個重要的特點：

  (1)網(wǎng)關(guān)的分類：目前來說，定義不同，網(wǎng)關(guān)類型也不同。

  例如，

  按照應(yīng)用場景不同可分為為室內(nèi)型網(wǎng)關(guān)和室外型網(wǎng)關(guān);

  按照通訊方式不同可分為全雙工網(wǎng)關(guān)和半雙工網(wǎng)關(guān);

  而按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不同可分為完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關(guān)和不完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關(guān)。

  AUGTEK新一代網(wǎng)關(guān)為室外型，全雙工，并且完全符合LoRaWAN協(xié)議。完全符合LoRaWAN協(xié)議的LoRa網(wǎng)關(guān)及LoRa終端能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，這具有很大意義。

  (2)網(wǎng)關(guān)的容量：網(wǎng)關(guān)容量是指在一定時間內(nèi)網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)包數(shù)量的能力。理論上來說，單個SX1301芯片擁有8個信道，在完全符合LoRaWAN協(xié)議的情況下最多每天能接收1500萬個數(shù)據(jù)包。如果某應(yīng)用發(fā)包頻率為1包/小時，單個SX1301芯片構(gòu)成的網(wǎng)關(guān)能接入62500個終端節(jié)點。當(dāng)然，這只是一個理論值，網(wǎng)關(guān)接入終端數(shù)量最終還是與網(wǎng)關(guān)信道數(shù)量、終端發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)和擴(kuò)頻因子息息相關(guān)。

  (3)網(wǎng)關(guān)接入點決定因素：LoRa網(wǎng)關(guān)接入的節(jié)點數(shù)取決于LoRa網(wǎng)關(guān)所能提供的信道資源以及單個LoRa終端占用的信道資源。LoRa網(wǎng)關(guān)如果采用Semtech標(biāo)準(zhǔn)參考設(shè)計，網(wǎng)關(guān)采用SX1301芯片，那么信道數(shù)是固定的8個上行信道1個下行信道。物理信道數(shù)確定了， LoRa網(wǎng)關(guān)所能提供的信道資源也就確定了。(網(wǎng)關(guān)設(shè)計不同，信道數(shù)不同，AUGTEK網(wǎng)關(guān)能實現(xiàn)8個上行，4個下行。)單個LoRa終端占用的信道資源與終端占用信道的時間一致，也就與終端的發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)以及LoRa終端的擴(kuò)頻因子息息相關(guān)。當(dāng)LoRa終端的發(fā)包頻率和發(fā)包字節(jié)數(shù)上升，該終端占據(jù)信道收發(fā)的時間就會增加，就占用了更多的信道資源。而當(dāng)LoRa終端采用更大的擴(kuò)頻因子時，信號可以傳的更遠(yuǎn)，但是代價是傳遞單位字節(jié)的信息會花費更多的時間。

  除了網(wǎng)關(guān)外，我們也需要關(guān)注LoRa終端：LoRa終端是LoRa網(wǎng)絡(luò)的組成部分，一般由LoRa模塊和傳感器等器件組成。LoRa終端可使用電池供電，能夠遠(yuǎn)程定位。每一個符合LoRaWAN協(xié)議的終端都能與符合LoRaWAN的網(wǎng)關(guān)直接通訊，從而實現(xiàn)互聯(lián)互通。