lora物联网开发教程(物联网lora特点)

(图片来自：lora-alliance.org)

随着物联网的快速发展和应用的日益增多，无线传输协议越来越受到技术人员和公众的关注。我们还介绍了物联网以及蓝牙、WiFi、Thread、Zigbee、4G、5G等无线通信传输协议。

这些协议各有优缺点，也有各自的应用场景。但对于距离远、功耗低、只有少量数据传输的应用场景，目前还没有能很好满足要求的无线传输协议，这也是LoRa技术应运而生的原因。

下面简单介绍几个问题来解释这项技术。

什么是LoRa技术？

LoRa技术是一种创建长距离通信链路的物理层无线调制方法。许多传统的无线系统使用物理层频移键控(FSK)调制，因为它是一种非常高效和低功耗的方案。

LoRa技术基于线性Chirp扩频调制，延续了频移键控调制的低功耗特性，但大大增加了通信范围。Chirp扩频调制由于其远距离传输和良好的抗干扰性，在军事和航空航天通信中已经应用了几十年，而LoRa则是首次将其用于商业用途。

LoRa来源于Long Range这个词，所以它最大的优势就是远距离传输。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百公里。

LPWAN有哪些优势？

一种技术不能覆盖所有物联网应用场景。WiFi和BTLE主要用于与个人设备相关的应用。蜂窝技术主要用于需要高数据吞吐量和电源的应用。LPWAN的应用场景包括：长续航，长距离的传感器和应用每小时只需要传输几次数据。

(图片来自：lora-alliance.org)

LPWAN物联网网络有哪些要素？

网络体系结构

通信范围

电池寿命和功耗

抗干扰性

网络容量(网络节点的最大数量)

网络安全性

或者单向或双向传播。

服务的应用

什么是LoRaWAN？

网络体系结构

许多部署的网络采用网状架构。在网状网络中，每个单独的端节点向其他节点传输信息，增加了网络的通信范围和小区容量。当节点数量增加时，它也增加了复杂性，降低了网络容量和电池寿命，因为节点必须从它们不相关的节点发送和接收信息。远距离星型架构由于远距离连接而缩短了电池寿命。

(图片来自：lora-alliance.org)

LoRaWan的网络节点没有绑定到特定的网关。相反，通过节点传输的数据被多个网关接受。每个网关通过一些信号隧道(如蜂窝网络、以太网、卫星网络和无线网络)将从端节点接收的数据包发送到云。网络服务器理解并处理复杂的任务，包括管理网络、过滤冗余数据包、进行安全检查、通过优化网关进行调度确认、实现自适应数据速率等。如果一个节点正在移动，或者移动时网关之间没有切换，就需要启用资源跟踪应用，这是一个基于垂直物联网的目标应用。

电池寿命

LoRaWAN网络节点异步通信，当有数据要发送时，会使用事件驱动或调度机制进行通信。本协议采用阿洛哈法。在网状网络或异步网络(如蜂窝网络)中，必须频繁唤醒节点来同步网络和检查消息。这种同步大大消耗能量，成为电池寿命降低的重要原因。在最近GSMA对LPWAN空间各种技术的研究和比较中，LoRaWan比其他技术好3到5倍。

网络容量

为了保证星型网络的可行性，网关必须能够处理来自每个节点的大量信息。LoRaWAN的高网络容量是通过在网关中使用自适应数据速率和多信道多调制解调器收发器来实现的。

最重要的因素是并发信道的数量、数据速率、负载长度和现有节点之间数据传输的频率。因为LoRa是基于扩频的调制，所以每个信号基本上都是正交的。当扩频因子改变时，有效数据速率也改变。有了这种性能，网关可以同时接受同一信道上的不同数据速率。如果一个节点连接良好，并且距离网关很近，网关当然可以使用最小的数据速率，填充必须有更长的可用频谱。通过提高数据速率，在空中的时间将会缩短，并为传输打开更多的潜在时间。自适应数据速率还优化了节点的电池寿命。

为了应用自适应数据速率，需要对称的上行链路和下行链路连接，并且需要足够的下行链路能力。这些功能使LoRaWAN具有高容量，并使网络可扩展。通过最少数量的设施部署网络。扩容时可以增加更多网关，调整数据速率，减少对其他网关的串扰，扩容6-8倍。其他LPWAN方案没有LoRaWan的扩展那么新，因为技术权衡，下行容量有限，或者下行范围和上行范围不对称。

设备分类

不同应用的不同终端设备有不同的要求。为了在最后优化应用程序配置，LoRaWAN使用

（图片来源于：lora-alliance.org）

双向终端设备（类型A）：A类型端设备，允许双向通信，每个端设备的上行传输，伴随两个端的下行接收窗口，根据自身的传输需要，以及采取ALOHA类型协议的小变化。A类型操作是最低功耗的端系统。

双向终端设备具有固定接受时间槽（类型B）：对于A类型设备随机接受窗口来说，B类型设备具有固定时间接受窗口。它根据来自网关的接受指示，来决定何时打开接受窗口。服务器就可以知道端设备何时再倾听数据。

双向终端设备具有最大接受时间槽（类型C）：C类型设备具有连续打开的接受窗口，只有在数据传输时才关闭。

安全性

安全性自然是十分重要的因素。LoRaWan具有两层安全防护：一个是网络，一个是应用。网络安全保证了结点的合法性，应用的安全保证了网络操作不能访问用户的应用数据。它使用AES加密来交换IEEE EUI64标志符。

与传统的物联网网络对比的情况？

（图片来源于：lora-alliance.org）

（图片来源于：lora-alliance.org）

上图展示了一些对于的情况，除了传输距离，电池寿命，多用途方面，另外很重要的还有成本低，以及开放的软件。

文中部分资料来源于LoRa® Alliance的LoRaWAN技术白皮书。

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