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關于澤耀
關于澤耀

【技術分享】淺談LoRa網絡結構

發布時間:2019/05/15 11:33:00      發布者:      訪問次數:499次

      LoRa的最大特點是創建長距離通訊連接的物理層或無線調制, 它基于CSS調制技術(Chirp Spread Spectrum)。相較于傳統的ASKFSK等調制技術,LoRa能極大地增加通訊范圍,且CSS具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。

      LoRaLoRaWAN相比于其他標準通訊技術有著更好的鏈路預算,單個網關或者基站可以覆蓋整座很大范圍,同時也取決于所使用位置的環境和干擾情況。

      LoRa是專門設計用于物聯網無線傳輸的流行技術之一,LoRa網絡規范有LoRa物理層技術和LoRAWAN開放層協議。

協議層次

LoRa整個網絡協議層次如下:

ApplicationMACModulation,其中Application為應用層,用戶自定義的基于LoRaWAN技術的應用程序、軟件接口等

常見的LoRaWAN協議即為LoRaMAC協議,協議定義的終端類型有ClassAClassBClassC三種類型。

ClassA終端先發送,在發送后開啟一段時間的接收窗口,終端只有在發送后才可以接收。也就是說上行沒有限制,下行的數據只有在上行包發送上來的時候終端才可以接收到。ClassB :終端和服務器協商好接收的窗口開啟的時間以及何時開啟,然后再約定的時間進行接收,可以一次接收多個包。

ClassC:終端在發送以外的其他時間都開啟接收窗口。更耗能,但通訊延時低。

物理層:物理層主要負責物理信道承載、信號收發、調制解調,全球不同地區的工作頻段不同,LoRa的設計使用ISM,亦即非授權免費頻段。

網絡結構

        LoRa整體網絡結構分為終端、網關、網絡服務、應用服務幾個功能,一般LoRa終端和網關之間可以同過LoRa無線技術進行數據傳輸,而網關和核心網或廣域網之間的交互可以通過TCP/IP協議,當然可以是有線連接的以太網,亦可以為3G/4G類的無線連接。為了保證數據的安全性、可靠性,LoRaWAN采用了長度為128比特的對稱加密算法AES進行完整性保護和數據加密。

星型拓撲結構

      LoRaWAN中Server模塊可以細分為Join server、Application server和Network Server,只是按照功能來劃分,實際中可以是一個物理整體。Join Server用于終端設備的請求網絡服務能力時的激活流程,Netwrok Server負責和網關及終端的MAC數據交互,Application Server為應用層服務端。規范提供的參考網絡模型如下


roaming場景


與NB-IoT效果對比


       LoRa工作在1GHz以下的非授權頻段,故在應用時不需要額外付費。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權頻段。處于500MHz1GHz之間的頻段對于遠距離通信是好的選擇,因為天線的實際尺寸和效率是具有相當優勢的。LoRaWAN使用免費的非授權頻段,并且是異步通信協議,對于電池供電和低成本是良好的選擇。LoRa  LoRaWAN 協議,在處理干擾、網絡重疊、可伸縮性等方面具有獨特的特性,但卻不能提供像蜂窩協議一樣的服務質量(QoS)。據悉授權的Sub-GHz頻段的競拍,每MHz價格不菲。蜂窩網絡和NB-IoT出于對服務質量(QoS)的考慮,并不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。由于QoS和高昂的頻段使用費,需要確保QoS的應用場景推薦使用蜂窩網絡和NB-IoT,而成本小和大量連接是首選項,則LoRa是不錯的選擇。



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