LoRa的名字是远距离无线电(Long Range Radio),作为一种线性调频扩频的调制技术。是低功耗广域网(LPWAN)通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。
这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统,进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗(电池寿命长)、多节点、低成本的特性。
LoRa因其功耗低,传输距离远,组网灵活等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求十分的契合,因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业,前景广阔。
LoRa的特性总结:
1、传输距离:城镇可达2-5Km,郊区可达15Km。
2、工作频率:ISM频段包括433、868、915MH等。
3、标准:IEEE 802.15.4g。
4、调制方式:基于扩频技术,线性调制扩频(CSS)的一个变种,具有前向纠错(FEC)能力,semtech公司私有专利技术。
5、容量:一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。
6、电池寿命:长达10年。
7、安全:AES128加密。
8、传输速率:几百到几十Kbps,速率越低传输距离越长。
LoRaWAN核心功能:
1、控制无线参数:速率、功率、频率和ADR自适应速率;
2、实现QoS:ACK可靠通信、网络管理等;
3、通信协议:信息去冗余、精准回复(找到信号最强的Gateway,将回复信息发送给End Nodes)、唤醒节点等;
4、网络安全:节点入网、网络层和应用层加密解密;
5、节点漫游:移动节点从A网关切换到B网关;
6、增值服务:节点定位,节点自动升级等。
LoRaWAN的网络实体分为四个部分:终端节点、网关、LoRaWAN服务器和用户服务器。
1、End Node:终端节点一般是各类传感器,进行数据采集,开关控制等。
2、Gateway: LoRa网关,对收集到的节点数据进行封装转发。
3、NetworkServer:主要负责上下行数据包的完整性校验。
4、ApplicationServer:主要负责OTAA设备的入网激活,应用数据的加解密。
5、CustomerServer:从AS中接收来自节点的数据,进行业务逻辑处理,通过AS提供的API接口向节点发送数据。
lora
LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层,因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制,它保持了像FSK调制相同的低功耗特性,但明显地增加了通信距离。
线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年, 由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性,但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。
IBM有提供过一个几个基于原始空口物理层协议的资产定位原型,使用了Node Red等,没有使用LoRaWAN。所以,封闭系统未见得要使用LoRaWAN,除非目标是标准化的公开系统。
国内的许多应用,如智慧城市、船务管理等,一旦需要多家供应商参与,则尽量参考LoRaWAN进行部署。
浏览了一下Github中的开源LoRaWAN网关与服务器,因为这两者与设备,存在配套的必要性。当然,通过配置可以整合这三者。但是设备与网关之间配置难度要大于网关与服务器之间配置难度。
大体上,LoRaWAN终端都来自IBM LMiC参考设计,无论是mbed/Arduino都是衍生版本。只是需要根据不同地区和频率进行设计。主要频段包括:
还有其他的一些频段,但是大体上就是这些频段了。
一般公众IoT LPWAN网关已经标准化了。所以采用LMIC参考设计的设备既可以接入,担心是附近没有LoRaWAN基站。所以有个鸡和蛋的关系。
LoRaWAN网关和服务器之间,有若干种连接方式:
采用TLS over TCP,使用MQTT,比较适合网关与服务器之间的通讯。这样,满足了安全性,连接性要求。
在LoRa联盟中,The Things Network (TTN) 是一个经常被提及的网络服务,该公司为诸多LoRaWAN网关提供网络接入托管服务,同时为用户应用提供REST接口。
一般来说,云端算是比较重要的,且耗费开发时间的。但是现在也有开源的设计: https://www.loraserver.io 。而且,VM/Vagrant/Docker一应俱全。
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