什么是LoRa和LoRaWAN
LoRa是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調(diào)制, 基于CSS調(diào)制技術(shù)(Chirp Spread Spectrum)的LoRa技術(shù)相較于傳統(tǒng)的FSK技術(shù),能極大地增加通訊范圍,且CSS技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用,具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。
LoRaWAN是為LoRa遠距離通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。它是一種媒體訪問控制(MAC)層協(xié)議。LoRaWAN在整個流程的中充當(dāng)MAC的功能,而LoRa調(diào)制充當(dāng)物理層。
簡單來說,單個網(wǎng)關(guān)或者基站可以覆蓋整座城市或幾百平方千米的范圍,范圍也取決于所使用位置的環(huán)境和干擾情況,但LoRa和LoRaWAN相比于其他標(biāo)準通訊技術(shù)有著更好的鏈路預(yù)算,它通常以db表示,是決定指定環(huán)境傳輸范圍的關(guān)鍵因子,下圖是部署在柏林的LoRa網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況。
什么物聯(lián)網(wǎng)場景用LoRa?
在偏遠地區(qū),如果沒有NB-IoT信號,那么就更適合用LORA了。例如高原地區(qū)的牛羊定位管理,養(yǎng)牦牛的或者是養(yǎng)跑山豬的?;蛘呤俏锫?lián)網(wǎng)設(shè)備很密集的地方,LORA也會比NB更便宜。例如智慧小區(qū)、智慧園區(qū)等等。
常見的Lora組網(wǎng)方式
最常見的局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式是形狀組網(wǎng)。
星狀組網(wǎng)是由中心節(jié)點和終端節(jié)點組成。如上圖,中間的黑色圈就是中心節(jié)點,外部的小圓圈屬于終端節(jié)點。
中心節(jié)點:就相當(dāng)?shù)囊粋€網(wǎng)關(guān),也是數(shù)據(jù)的處理中心。
終點節(jié)點: 就相當(dāng)于探測器配件,諸如遙控器,無線門磁,煙感,燃氣探測器等
LoRa為什么功耗低?
LoRa之所以功耗比NB-IoT低,是因為極少發(fā)射數(shù)據(jù)。
就像兩個人相距100米站著,你對別人喊話的時候要扯著嗓子吼,聽的時候只需要靜靜的聽,喊話的肯定比聽話的累多了。
無線網(wǎng)絡(luò)傳輸也一樣,發(fā)送數(shù)據(jù)的時候比接收數(shù)據(jù)的時候功耗大的多。例如LoRa發(fā)射的工作電流超過100mA,接收的工作電流僅10mA。
這里講的發(fā)射和和接收,不只是數(shù)據(jù)的上行和下行,還包括了“心跳包”內(nèi)部的上行和下行。
NB就像兩個人對話:一人說“告訴你一件事情,xxx”,另一人回答“好的,我聽到了”。雙方都在說話(發(fā)射數(shù)據(jù))。
而LoRa就像兩個人約定好時間,一人說“告訴你一件事情,xxx”,另一人只聽,但不吭聲。
NB-IoT和2G 4G一樣,是設(shè)備端主動去詢問基站,問“我在線,你有沒有需要發(fā)給我的數(shù)據(jù)?” 這個過程中就需要設(shè)備端發(fā)射數(shù)據(jù)出去。
而LoRa不需要這一步,LoRa會和基站約定一個時間窗口,時間一到,基站只管說,終端只管聽。這就是LoRa功耗低的核心原因。
雙方都約定“10分鐘后”開始溝通,雙方各自的手表準不準,就很關(guān)鍵了。于是LoRa終端和基站需要定期“對時間”,(通過beacon)。
基站“講話”了,終端有沒有“聽到”?如果基站需要知道終端有沒有收到下行信息,就需要終端上行一個反饋信息。
這些技術(shù)細節(jié)網(wǎng)上資料很多,就不贅述了。
LoRa的三個工作模式
LoRa的工作模式和NB-IoT類似。
LoRa Class-A,等同于NB-IoT PSM模式。物聯(lián)網(wǎng)終端要主動發(fā)消息給基站,基站才能找得到終端,并且下發(fā)控制指令。
Class-A 終端發(fā)數(shù)據(jù)的時候才能接收
LoRa Class-B,等同于NB-IoT的eDRX模式。物聯(lián)網(wǎng)終端隔一小段時間聯(lián)系一次基站,此時基站才能找得到終端,并下發(fā)控制指令。
Class-B 終端定期接收(一般是幾十秒一次)
LoRa Class-C,等同于NB-IoT的DRX模式或socket長連接。物聯(lián)網(wǎng)終端和基站之間一直保持緊密聯(lián)系,基站隨時都能給終端下發(fā)控制指令。
Class-C 終端隨時都可以接收,功耗大
根據(jù)應(yīng)用場景選擇LoRa工作模式
不需要實時控制終端設(shè)備的,選擇Class-A。省電,一節(jié)電池能用幾年。例如智能水表、氣表、智能井蓋、智能垃圾箱等
需要實時控制終端設(shè)備的,且延遲幾十秒也無所謂的,選擇Class-B。省電和控制取個均衡。一節(jié)電池也能用半年。例如路燈控制、牛羊定位器、農(nóng)林大棚控制等。
需要實時控制終端設(shè)備,且對延遲要求比較高的,選擇Class-C,老老實實接電源吧。話說這種情況也不是LoRa的主打應(yīng)用場景,用的很少。
如何快速搭建LoRa物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)?
LoRaWan現(xiàn)在已經(jīng)很成熟了,從傳輸模塊到基站到LoRa云服務(wù)一整套可以打包獲取。
開發(fā)者只需要用MCU掛載LoRa傳輸模塊,就可以通過LoRa云服務(wù)器收取MCU的上行數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令。
和NB-IoT幾乎一模一樣:MCU掛載NB模塊,從運營商的服務(wù)器收取MCU的上行數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令。
兩者的區(qū)別:LoRa需要自己買基站、NB需要自己去買sim卡。
舉個例子
使用機智云GL600 Lora網(wǎng)關(guān)、GM600 LoRa網(wǎng)關(guān)進行組網(wǎng)。
LoRa網(wǎng)關(guān)GL600、GM600采用嵌入式Linux 系統(tǒng)進行全新架構(gòu)和設(shè)計,方便維護更新和應(yīng)用定制化開發(fā)。網(wǎng)關(guān)的主要功能和特性如下。
1、支持Wi-Fi、485串口通信、4G、5G全網(wǎng)通,智能選擇通信方式
2、支持48通道,節(jié)點數(shù)1000+,最高可擴展至65535
3、支持傳感器子設(shè)備多網(wǎng)關(guān)漫游
4、預(yù)留多種調(diào)試接口,方便維護
5、免開發(fā)快速接入后臺,實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控
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物聯(lián)網(wǎng)
+關(guān)注
關(guān)注
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