LoRa無(wú)線擴(kuò)頻通信技術(shù)
一、LoRa 技術(shù)介紹
LoRa是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù),其實(shí)也是是諸多LPWAN通信技術(shù)中的一種,最早由美國(guó)Semtech公司采用和推廣。這一方案為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低功耗無(wú)線通信手段。目前,LoRa 主要在ISM頻段運(yùn)行,主要包括433、868、915 MHz等。
LoRa是物理層或無(wú)線調(diào)制用于建立長(zhǎng)距離通信鏈路。許多傳統(tǒng)的無(wú)線系統(tǒng)使用頻移鍵控(FSK)調(diào)制作為物理層,因?yàn)樗且环N實(shí)現(xiàn)低功耗的非常有效的調(diào) 制。LoRa是基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制,它保持了像FSK調(diào)制相同的低功耗特性,但明顯地增加了通信距離。線性擴(kuò)頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年, 由于其可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)通信距離和干擾的魯棒性,但是LoRa®是第一個(gè)用于商業(yè)用途的低成本實(shí)現(xiàn)。
LoRa的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)方面的長(zhǎng)距離能力。單個(gè)網(wǎng)關(guān)或基站可以覆蓋整個(gè)城市或數(shù)百平方公里范圍。在一個(gè)給定的位置,距離在很大程度上取決于環(huán)境或障礙物,但LoRa和LoRaWAN有一個(gè)鏈路預(yù)算優(yōu)于其他任何標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)。鏈路預(yù)算,通常用分貝(dB為單位)表示,是在給定的環(huán)境中決定距離的 主要因素。
二、LoRaWAN 協(xié)議介紹
LoRaWAN是 LoRa聯(lián)盟發(fā)布的一個(gè)基于開(kāi)源MAC層協(xié)議的低功耗廣域網(wǎng)通信協(xié)議。主要為電池供電的無(wú)線設(shè)備提供局域、全國(guó)或全球的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。
LoRaWAN?定義了網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu),而LoRa®物理層能夠使長(zhǎng)距離通訊鏈路成為可能。 LoRaWAN自下而上設(shè)計(jì),為電池壽命、容量、距離和成本而優(yōu)化了LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))。對(duì)于不同地區(qū)給出了一個(gè)LoRaWAN?規(guī)范概要,以及在LPWAN空間競(jìng)爭(zhēng)的不同技術(shù)的高級(jí)比較。
LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>
LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)典型的Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,LoRa網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)匯總,連接終端設(shè)備和后端云端數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器間TCP/IP網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行連接。所有的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)間均是雙向通信,考慮到電池供電的場(chǎng)合,終端節(jié)點(diǎn)一般是休眠,當(dāng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí),喚醒,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
因此,使用LoRa技術(shù),我們能夠以低發(fā)射功率獲得更遠(yuǎn)的傳輸距離。這種低功耗廣域技術(shù)正是大規(guī)模部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所必須的。
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中,個(gè)別終端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的信息,以增加網(wǎng)絡(luò)的通信距離和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍,但也增加了復(fù)雜性,降低了網(wǎng)絡(luò)容量,并降低 了電池壽命,因節(jié)點(diǎn)接受和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的可能與其不相關(guān)的信息。當(dāng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連接時(shí),長(zhǎng)距離星型架構(gòu)最有意義的是保護(hù)了電池壽命。
在LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)與專用網(wǎng)關(guān)不相關(guān)聯(lián)。相反,一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是由多個(gè)網(wǎng)關(guān)收到。每個(gè)網(wǎng)關(guān)將從終端節(jié)點(diǎn)接所接受到的數(shù)據(jù)包通過(guò)一些回 程 (蜂窩、 以太網(wǎng)等)轉(zhuǎn)發(fā)到基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。智能化和復(fù)雜性放到了服務(wù)器上,服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)和過(guò)濾冗余的接受到的數(shù)據(jù),執(zhí)行安全檢查,通過(guò)最優(yōu)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行調(diào) 度確認(rèn),并執(zhí)行自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率等。
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