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一篇文章看懂LoRa技術原理

更新時間:2018-10-15
摘要:

LoRa技術原理概述。

 

由Semtech開發的LoRa技術是在sub-GHz免許可頻段中使用最廣泛的LPWAN技術。由于使用了未授權的頻段,LoRa網絡向未經射頻監管機構授權的客戶開放。因此,LoRa網絡可以在超過幾公里的范圍內輕松部署,并以最低的投資和維護成本為客戶提供服務。

lora的物理特征

LoRa技術已經對現有技術進行了巨大改進,以實現其低功耗、遠距離的目標。第一種是基于啁啾擴頻(CSS)方案的LoRa調制,其使用寬帶線性頻率調制脈沖,其頻率基于編碼信息而增加或減少。Shannon-Hartley定理表明傳輸信道帶寬的增加是克服較差信噪比(SNR)的一種方法。自20世紀40年代以來一直用于雷達應用的CSS因其對信道衰減機制(如多徑衰落,多普勒效應和帶內干擾干擾)的固有魯棒性(魯棒性/抗變換性原是統計學中的一個專門術語,20世紀70年代初開始在控制理論的研究中流行起來,用以表征控制系統對特性或參數擾動的不敏感性。鑒于中文“魯棒性”的詞義不易被理解,“robustness”又被翻譯成了語義更加易懂的“抗變換性”,“抗變換性”和“魯棒性”在譯文中經?;ハ嗤ㄓ枚贿x中。)結果,LoRa調制的最大耦合損耗(MCL)高達148 dB-20 dB大于現有的sub-GHz通信,以便將覆蓋距離擴展到千米并增加網絡容量。LoRa調制具有六個導致自適應數據速率的擴展因子。該特征使得能夠在同一頻率信道上同時發送多個不同擴展的信號。

lora的網絡架構

LoRawan定義了通信協議和系統架構,而LoRa定義了物理層。LoRaWAN使用遠程星形架構。其中網關用于在終端設備和中央核心網絡之間中繼消息。在LoRaWAN網絡中,節點不與特定網關關聯。相反,節點發送的數據通常由多個網關接收。每個網關都會通過一些回程(蜂窩,以太網,衛星或Wi-Fi)將收到的數據包從終端節點轉發到基于云的網絡服務器。終端設備(即傳感器和應用程序)通過單跳LoRa通信與一個或多個網關通信,而所有網關通過標準IP連接連接到核心網絡服務器。網絡服務器具有過濾來自不同網關的重復數據包,檢查安全性,向網關發送ACK以及將數據包發送到特定應用程序服務器所需的智能。由于網絡可以在不同網關傳輸的信息中選擇最優質的信息,因此不需要切換。如果節點是移動的,則從網關到網關不需要切換,這是啟用資產跟蹤應用程序的關鍵特性,這是垂直物聯網的主要目標應用。通過使用網狀網絡,系統可以以設備電池壽命為代價來增加網絡的通信范圍。

lora加密

另一個改進是針對能量限制傳感器的LoRa網絡協議的優化,因為上行鏈路流量通常超過物聯網的下行鏈路量。在這種環境下,LoRa技術規范為不同的應用場景定義了三種不同的數據接收窗口模式。此外,LoRa技術支持數據加密,以通過AES-128加密密鑰對確保信道安全。

到目前為止,LoRa技術已經在56個國家被應用到了智能電表,交通跟蹤,智能家電和智能醫療的演示。在荷蘭,電信運營商KPN已經部署了覆蓋整個國家的LoRa網絡,韓國的SK電信也是如此。此外,擁有300多名成員的LoRa聯盟正在合作,為安全和運營商級LPWAN連接定義一個開放的全球標準,代表生態系統的不同層次,從芯片組,模塊,設備和網關到網絡和應用服務器。

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