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为何“LoRa”的出镜率会如此之高?

2022-09-15 11:15:16| 来源:聚英电子| | 0

  LoRa基于物理层或无线调制,创建长距离通信连接,基于CSS调制技术(ChirpSpreadSpectrum)的LoRa与传统技术相比FSK技术,可以大大提高通信范围,而且,CSS该技术已广泛应用于军事和空间通信,具有传输距离长、抗干扰性强等特点。

  

LoRa,远距离低功耗的通讯协议


  

  LoRaWAN是为LoRa远程通信网络设计了一套通信协议和系统架构。它是一种媒体访问控制器(MAC)层协议。LoRaWAN充当整个过程MAC的功能,而LoRa调制充当物理层。

  简单地说,单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里,这也取决于使用位置的环境和干扰,但LoRa和LoRaWAN与其他标准通信技术相比,它有更好的链路预算,它通常使用db表示是决定指定环境传输范围的关键因素。

  在偏远地区,如果没有,NB-IoT信号更适合使用LORA的。比如高原地区的牛羊定位管理,养牦牛或跑山猪。或者物联网设备密集的地方,LORA也会比NB更便宜。如智慧社区、智慧园区等。

  最常见的局域网的组网方式是形状组网。

  

星状组网


  

  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的设备特点

  传输距离远,目前国内市场上优质的LoRa产品,传输距离能达到:5Km-20km;几百到几十kbps,速率越低传输距离越长。

  低功耗&成本低,LoRa模块解决了无线应用在超长的距离上也能实现超低功耗。同时LoRa具有容量大的特点,一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点,大大节省了模块及布线成本,得到大面积的普及和应用。

  灵敏度高,LoRa的调制技术对信号进行独有的频谱扩宽处理,在等同的数据速率条件下,它的扩频调制方式可以获得比传统FSK调制方式高8-10dB的灵敏度。接收灵敏度的提高,可应用在远距离传输及可靠性要求极高的场合。

  调制方式先进

  基于扩频技术,直接序列扩频,具有前向纠错能力。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地听,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得多。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“矫正时间”,(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。

  

LoRa的工作模式


  

  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。

  

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。

  Class-C 终端随时都可以接收,功耗大

  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、燃气表、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。省电和控制两个方面取个均衡。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,用得很少。

  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。

  LoRa的终端节点可以是各种设备,比如LoRa网关、LoRa阀门控制器、LoRa数传模块、LoRa测控终端、LoRa无线采集模块等,共同构建基于LoRa通讯的无线网络。

  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。

  

LoRa网关架构


  LoRa应用

  LoRa设备和LoRaWAN标准为物联网应用提供了卓越的功能,例如远程、低功耗和安全数据传输。该技术被公共、私有或混合网络所利用,并提供比蜂窝网络更大的范围。部署可以轻松集成到现有基础设施中,并支持低成本电池供电的物联网应用。


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