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LoRa技术讲解,LoRa优点分析,LoRa缺点分析

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LoRa技术讲解及优缺点分析
2020-09-03 17:37:20 阅读:5 发布人:纵横智控

LoRa简介

LoRa通信技术是物联网通信技术中的短距离通信中的一种,与之相同的短距离通信技术还有、蓝牙、WIFI、Zigbee等。

LoRa为英文Long Range的缩写,为低功耗广域网(Low PowerWide Area Network, LPWAN)通信技术的一种,Semtech公司于2013年发布的超长距离低功耗数据传输技术。以往,在LPWAN产生之前,似乎只能在远距离以及低功耗两者之间做取舍。而LoRa无线技术的出现,改变了关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,不仅可以实现远距离传输,并且同时兼具低功耗、低成本的优点。LoRa的网络形成就如同下图,远距节点可以透过多台网关(gateways)与后端网络服务器连接,将数据上传后送至云端或服务器上。在LoRa网络中,每个节点并不会彼此相连,须先连至网关后,才能连中央主机,或是透过中央主机将数据传到另一个节点。终端节点的讯息,可以同时传给多个网关,讯息也可透过网关之间的桥接,进一步延伸传输离。

LoRa网络构成

LoRa网络主要由终端(可内置LoRa模块)、网关(或称基站)、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。

LoRa联盟LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织,发起成员还有法国Actility,中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间,联盟已经发展成员公司150余家,其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。产业链(终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商)中的每一环均有大量的企业,这种技术的开放性,竞争与合作的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。 

图片关键词

LoRa技术特点

(1)灵敏度-148dBm、通讯距离>15km;

(2)最小的基础设施成本,使用网关/集中器扩展系统容量

(3)电池寿命>5年,接收电流10mA,休眠电流<200nA

(4)免牌照的频段,节点/终端低成本

LoRa技术优势

(1)远距离,传输距离能达到8km,宽广地带

(2)易于建设和部署,大部分地方安装即可使用。

(3)功耗低、电池寿命长

(4)功耗低、电池寿命长LoRa终端价格在100-200左右

LoRa技术劣势

(1)频谱干扰:LoRa设备及网络的增多,相互之间存在频谱干扰。

(2)网络需要新建

(3)技术过于集中:LoRa技术过于集中于Semtech,不利于产业的发展

【拓展】LoRaWAN协议

LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。LoRaWAN瞄准的是物联网中的一些核心需求,如安全双向通讯、移动通讯和静态位置识别等服务。该技术无需本地复杂配置,就可以让智能设备间实现无缝对接互操作,给物联网领域的用户、开发者和企业自由操作权限。  

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透明传输的中继,连接终端设备和后端中央服务器。网关与服务器间通过标准IP连接,终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信,同时也支持云端升级等操作以减少云端通讯时间。

终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的,数据速率的选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术,不同传输速率的通信不会互相干扰,且还会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。LoRaWAN的数据传输速率范围为0.3 kbps至37.5 kbps,为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量,LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应(Adaptive Data Rate , ADR)方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出功率。 全国性覆盖的广域网络瞄准的是诸如关键性基础设施建设、机密的个人数据传输或社会公共服务等物联网应用。 关于安全通信,LoRaWAN一般采用多层加密的方式来解决:一、独特的网络密钥(EU164),保证网络层安全;二、独特的应用密钥(EU164),保证应用层终端到终端之间的安全;三、属于设备的特别密钥(EUI128)。 LoRaWAN网络根据实际应用的不同,把终端设备划分成A/B/C三类:Class A:双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信,每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求,其微调是基于一个随机的时间基准(ALOHA协议)。Class  A所属的终端设备在应用时功耗最低,终端发送一个上行传输信号后,服务器能很迅速地进行下行通信,任何时候,服务器的下行通信都只能在上行通信之后。                                              

Lora典型应用


智慧油田

智慧油田利用各种在线的、实时测量的感知设备,诸如安装在油气水井、管道、油气处理、加工、储运设备上的各种仪表等信息传感设备,按约定的协议连接到企业网或者互联网,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络

物流追踪

追踪或者定位市场的一个重要的需求就是终端的电池使用寿命。物流追踪可以作为混合型部署的实际案例。物流企业可以根据定位的需要在需要场所部网,可以是仓库或者运输车辆上,这时便携式的基站便派上了用场。LoRa可以提供这样的部署方案,同时LoRa有一个特点,在高速移动时通信相对更稳定。LoRa更适合于物流追踪。

智慧水务

智慧水务通过数采仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态,并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施,形成“城市水务物联网”,并可将海量水务信息进行及时分析与处理,并做出相应的处理结果辅助决策建议,以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程,从而达到“智慧”的状态。

智慧农业

对农业来说,低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义,这些传感器需要定期地上传数据。LoRa十分适用于这样的场景。

智能建筑

对于建筑的改造,加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传,方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说这些传感器的通信不需要特 别频繁或者保证特别好的服务质量,同时便携式的家庭式网关便可以满足需要。所以该场景LoRa是比较合适的选择。