机智云物联网技术科普:一文看懂LoRa物联网!

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什么是LoRa和LoRaWAN?

LoRa是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制, 基于CSS调制技术(Chirp Spread Spectrum)的LoRa技术相较于传统的FSK技术,能极大地增加通讯范围,且CSS技术数十年已经广受军事和空间通讯所采用,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。
LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计一套通讯协议和系统架构。它是一种媒体访问控制(MAC)层协议。LoRaWAN在整个流程的中充当MAC的功能,而LoRa调制充当物理层。
简单来说,单个网关或者基站可以覆盖整座城市或几百平方千米的范围,范围也取决于所使用位置的环境和干扰情况,但LoRa和LoRaWAN相比于其他标准通讯技术有着更好的链路预算,它通常以db表示,是决定指定环境传输范围的关键因子,下图是部署在柏林的LoRa网络的覆盖情况。

什么物联网场景用LoRa?

在偏远地区,如果没有NB-IoT信号,那么就更适合用LORA了。例如高原地区的牛羊定位管理,养牦牛的或者是养跑山猪的。或者是物联网设备很密集的地方,LORA也会比NB更便宜。例如智慧小区、智慧园区等等。

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常见的Lora组网方式

 

最常见的局域网的组网方式是形状组网。

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星状组网是由中心节点和终端节点组成。如上图,中间的黑色圈就是中心节点,外部的小圆圈属于终端节点。
中心节点:就相当的一个网关,也是数据的处理中心。
终点节点: 就相当于探测器配件,诸如遥控器,无线门磁,烟感,燃气探测器等

LoRa为什么功耗低?

  LoRa之所以功耗比NB-IoT低,是因为极少发射数据。
  就像两个人相距100米站着,你对别人喊话的时候要扯着嗓子吼,听的时候只需要静静的听,喊话的肯定比听话的累多了。
  无线网络传输也一样,发送数据的时候比接收数据的时候功耗大的多。例如LoRa发射的工作电流超过100mA,接收的工作电流仅10mA。
  这里讲的发射和和接收,不只是数据的上行和下行,还包括了“心跳包”内部的上行和下行。
  NB就像两个人对话:一人说“告诉你一件事情,xxx”,另一人回答“好的,我听到了”。双方都在说话(发射数据)。
  而LoRa就像两个人约定好时间,一人说“告诉你一件事情,xxx”,另一人只听,但不吭声。
  NB-IoT和2G 4G一样,是设备端主动去询问基站,问“我在线,你有没有需要发给我的数据?” 这个过程中就需要设备端发射数据出去。
  而LoRa不需要这一步,LoRa会和基站约定一个时间窗口,时间一到,基站只管说,终端只管听。这就是LoRa功耗低的核心原因。
  双方都约定“10分钟后”开始沟通,双方各自的手表准不准,就很关键了。于是LoRa终端和基站需要定期“对时间”,(通过beacon)。
  基站“讲话”了,终端有没有“听到”?如果基站需要知道终端有没有收到下行信息,就需要终端上行一个反馈信息。
  这些技术细节网上资料很多,就不赘述了。

LoRa的三个工作模式

  LoRa的工作模式和NB-IoT类似。
  LoRa Class-A,等同于NB-IoT PSM模式。物联网终端要主动发消息给基站,基站才能找得到终端,并且下发控制指令。
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Class-A 终端发数据的时候才能接收
  LoRa Class-B,等同于NB-IoT的eDRX模式。物联网终端隔一小段时间联系一次基站,此时基站才能找得到终端,并下发控制指令。

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Class-B 终端定期接收(一般是几十秒一次)
  LoRa Class-C,等同于NB-IoT的DRX模式或socket长连接。物联网终端和基站之间一直保持紧密联系,基站随时都能给终端下发控制指令。
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Class-C 终端随时都可以接收,功耗大

根据应用场景选择LoRa工作模式

  不需要实时控制终端设备的,选择Class-A。省电,一节电池能用几年。例如智能水表、气表、智能井盖、智能垃圾箱等
  需要实时控制终端设备的,且延迟几十秒也无所谓的,选择Class-B。省电和控制取个均衡。一节电池也能用半年。例如路灯控制、牛羊定位器、农林大棚控制等。
  需要实时控制终端设备,且对延迟要求比较高的,选择Class-C,老老实实接电源吧。话说这种情况也不是LoRa的主打应用场景,用的很少。

如何快速搭建LoRa物联网系统?

  LoRaWan现在已经很成熟了,从传输模块到基站到LoRa云服务一整套可以打包获取。
  开发者只需要用MCU挂载LoRa传输模块,就可以通过LoRa云服务器收取MCU的上行数据、下发控制指令。
  和NB-IoT几乎一模一样:MCU挂载NB模块,从运营商的服务器收取MCU的上行数据、下发控制指令。
  两者的区别:LoRa需要自己买基站、NB需要自己去买sim卡。

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举个例子:使用机智云GL600 Lora网关、GM600 LoRa网关进行组网。
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LoRa网关GL600、GM600采用嵌入式Linux 系统进行全新架构和设计,方便维护更新和应用定制化开发。
网关的主要功能和特性如下。
1、支持Wi-Fi、485串口通信、4G、5G全网通,智能选择通信方式
2、支持48通道,节点数1000+,最高可扩展至65535
3、支持传感器子设备多网关漫游
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