LoRa無(wú)線技術(shù)的具體特點(diǎn)和應(yīng)用

       LoRa無(wú)線技術(shù)是目前眾多無(wú)線技術(shù)的一種，它消耗較低，節(jié)點(diǎn)多，傳輸距離也是非常令人滿(mǎn)意。Lora采用線性調(diào)頻和擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，在同頻發(fā)射的情況下也不會(huì)互相干擾，因此 LoRa技術(shù)在各行各業(yè)收到廣大歡迎。

??LoRaWAN

??LoRaWAN是基于LoRa的媒體訪問(wèn)控制(MAC)層協(xié)議，采用Semtech的LoRa調(diào)制方案(LoRa只是物理層協(xié)議)。然而，LoRaWAN更適合于公共廣域網(wǎng)，因?yàn)樗行诺蓝颊{(diào)制到同一頻率;對(duì)于私有網(wǎng)絡(luò)，為了避免沖突，最好只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

?網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)關(guān)都綁定到同一服務(wù)器。服務(wù)器決定哪個(gè)網(wǎng)關(guān)應(yīng)該響應(yīng)傳輸。在大型網(wǎng)絡(luò)中，任何給定的傳輸通常由多個(gè)接收器檢測(cè)到;然后服務(wù)器通知一個(gè)網(wǎng)關(guān)響應(yīng)，而其他網(wǎng)關(guān)忽略該傳輸。這個(gè)過(guò)程有助于避免上行鏈路和下行鏈路的沖突，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)網(wǎng)關(guān)在傳輸，而重疊的網(wǎng)關(guān)可以簡(jiǎn)單地監(jiān)聽(tīng)其他傳輸。

??很多人沒(méi)有意識(shí)到的是，有一種方法可以在不使用LoRaWAN的情況下使用LoRaWAN的底層技術(shù)(又名LoRa)。例如，Link Labs的Symphony Link在Semtech的芯片上使用了一個(gè)專(zhuān)有的MAC層，使其更適合需要將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全連接到云上的企業(yè)和工業(yè)客戶(hù)。此外，許多公司在其他協(xié)議中使用LoRa芯片。

??技術(shù)上回答“什么是LoRa”

??從技術(shù)角度來(lái)看，LoRa是一種獨(dú)特的調(diào)制方法。

??Semtech的RF組件(SX1272、SX1276/7/8收發(fā)器芯片)集成了LoRa調(diào)制技術(shù)(該技術(shù)為私有調(diào)制技術(shù)，目前技術(shù)細(xì)節(jié)尚未公開(kāi))。這種技術(shù)被稱(chēng)為調(diào)頻(FM)Chirp。LoRa的核心技術(shù)是利用分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生穩(wěn)定的Chirp信號(hào)。其他調(diào)制格式包括頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。一個(gè)重要的觀點(diǎn)是：LoRa本身并沒(méi)有描述物理(RF介質(zhì))層之上的系統(tǒng)功能。

??首先看Chirp信號(hào)(這個(gè)術(shù)語(yǔ)是從同名鳥(niǎo)類(lèi)的信號(hào)特征中派生出來(lái)的，也可以稱(chēng)為信號(hào)處理的掃頻)。Chirp的特點(diǎn)是信號(hào)的頻率變化具有一定的規(guī)律性，而FSK信號(hào)只在兩個(gè)頻點(diǎn)上進(jìn)行切換。下圖是線性Chirp信號(hào)的時(shí)域圖。

??LoRa物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

??2012年，Semtech以500萬(wàn)美元收購(gòu)了法國(guó)Cycleo SAS，從而收購(gòu)了LoRa 無(wú)線技術(shù)。

??調(diào)制解調(diào)器在處理LoRa信息時(shí)可以對(duì)Chirp信號(hào)進(jìn)行濾波，從而獲得額外的處理增益，提高接收靈敏度。為了“鎖定”LoRa信號(hào)，需要發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)的“恒定Chirp”信號(hào)(見(jiàn)下圖)。這就是LoRa獨(dú)特之處，它使用較低價(jià)格的芯片和晶體就可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)非常高的接收靈敏度。

??這個(gè)前導(dǎo)信號(hào)可以設(shè)置為可變數(shù)目的“符號(hào)”，即Chipr的數(shù)目。可以想象，不同的LoRa發(fā)射器的前導(dǎo)信號(hào)之間沒(méi)有選擇性，但是LoRa解調(diào)器可以監(jiān)聽(tīng)恒定的Chirp信號(hào)(無(wú)論它是否來(lái)自預(yù)定的系統(tǒng))。一個(gè)LoRa接收系統(tǒng)在面對(duì)常規(guī)的功率干擾和LoRa干擾時(shí)的抗干擾性能是非常重要的，這也是Symphony Link的關(guān)鍵技術(shù)。

??LoRa的另一個(gè)強(qiáng)大特性是能夠解調(diào)多個(gè)“正交”或同時(shí)的同頻信號(hào)，只要它們具有不同的Chirp變化率。在數(shù)據(jù)表中，LoRa Chirp變化率稱(chēng)為擴(kuò)頻因子(Spread Factor)。擴(kuò)頻因子越高，Chirp變化越慢。Semtech的SX1301芯片支持這一特性，能夠同時(shí)解碼許多同時(shí)的LoRa Chirp。此功能使創(chuàng)建大型網(wǎng)絡(luò)成為可能。

??LoRa特點(diǎn)

??LoRa聯(lián)盟成立于2015年，旨在標(biāo)準(zhǔn)化LoRaMAC的功能。LoRa聯(lián)盟開(kāi)發(fā)了LoRaWAN協(xié)議，允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商使用未經(jīng)授權(quán)的頻譜與網(wǎng)絡(luò)中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。

??LoRaWAN是一種多訪問(wèn)協(xié)議的服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，旨在減少與大量端點(diǎn)的沖突。需要一個(gè)服務(wù)器應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)連接上運(yùn)行MAC功能;

??LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中網(wǎng)關(guān)是在終端設(shè)備和后端中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間中繼消息的透明橋;

??客戶(hù)端邏輯內(nèi)置于web服務(wù)器中;

??它主要是為具有多個(gè)端點(diǎn)的僅上行應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的，或者只需要少量下行消息的應(yīng)用程序(受應(yīng)用程序或端點(diǎn)數(shù)量的限制);

??同一網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)需要同步;

??終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的通信分布在不同的頻率和數(shù)據(jù)速率上。傳輸距離和數(shù)據(jù)速率之間需要權(quán)衡(也就是說(shuō)，傳輸距離越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)速率越低);

??許多行業(yè)正在利用開(kāi)放的LoRaWAN物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，包括農(nóng)業(yè)(用于灌溉/水位監(jiān)測(cè)和蟲(chóng)害控制)、公用事業(yè)(用于智能電表、照明和能源管理場(chǎng)景)和建筑施工(用于建筑門(mén)窗傳感器和建筑結(jié)構(gòu)健康應(yīng)用)。

LoRa無(wú)線技術(shù)的特點(diǎn)是什么?

節(jié)點(diǎn)數(shù)量：可以達(dá)到百萬(wàn)個(gè)

數(shù)據(jù)速率0.3~50kbps

所使用的電池可以使用時(shí)間長(zhǎng)：最高可以使用10年

LoRa無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用到哪些地方?

LoRa無(wú)線技術(shù)在目前的市場(chǎng)上做的最多的還是透?jìng)鞴δ?，LoRaWAN協(xié)議組網(wǎng)的開(kāi)發(fā)以及使用者的水平要求偏高因此使用的頻率來(lái)說(shuō)目前相對(duì)較少。

lora技術(shù)和無(wú)線技術(shù)存在哪些差異?

在使用lora無(wú)線技術(shù)我們需要注意什么?

網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)洳季挚筛鶕?jù)具體應(yīng)用和場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般情況下，無(wú)線距離范圍為1~2km。在城市中，數(shù)據(jù)量很小，Lora適用于低通信頻率。

從Lora行業(yè)從業(yè)人員的角度來(lái)看，許多電信運(yùn)營(yíng)商也參與其中。從Lora網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的角度來(lái)看，大型網(wǎng)絡(luò)和小型網(wǎng)絡(luò)的管理是指用戶(hù)自己的節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)的管理機(jī)制。隨著Lora設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的增加，這對(duì)通信頻譜的分配和管理提出了要求。

下面我們來(lái)看看LoRa模塊的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景：

無(wú)線抄表

LoRa模塊在無(wú)線抄表中的應(yīng)用主要是通過(guò)LoRa模塊連接電表采集數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)依次發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再將數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。其中，LoRa模組的低成本特性可以大面積推廣，有利于智慧城市的建設(shè)。

LoRA模塊三大應(yīng)用場(chǎng)景

環(huán)境監(jiān)測(cè)

LoRa模塊用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，主要是通過(guò)LoRa模塊連接各種傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)已經(jīng)不能滿(mǎn)足環(huán)境因素變化的影響，加裝LoRa模塊可以監(jiān)測(cè)溫度、風(fēng)速、水位等環(huán)境因素，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)低成本、遠(yuǎn)距離、低功耗的監(jiān)控環(huán)境。的目標(biāo)。

智慧農(nóng)業(yè)

LoRa模塊在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通、無(wú)通信成本、低功耗、低成本、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，使其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)實(shí)。例如在水質(zhì)、二氧化碳濃度、溫度、濕度、病蟲(chóng)害等監(jiān)測(cè)中，采集到的設(shè)備信息可以通過(guò)LoRa模塊傳輸?shù)娇刂普{(diào)度中心，自動(dòng)灌溉、自動(dòng)噴灑等措施根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行。

總結(jié)

Lora信號(hào)對(duì)建筑物也有很強(qiáng)的穿透力。GHz頻段使遠(yuǎn)程通信更容易，功耗更低。它可以通過(guò)電池或其他能量收集方式供電。現(xiàn)在的無(wú)線技術(shù)已經(jīng)很多了例如ZigBee，

wifi等等，只有我們多種無(wú)線技術(shù)配合使用在我們實(shí)際項(xiàng)目和開(kāi)發(fā)應(yīng)用中才能達(dá)到事倍功半的效果。