弱电安防--LoRa和LoRaWAN物联网通信组网技术.docx

LoRa和LoRaWAN物联网通信组网技术什么是LoRa?LoRa是物联网(IoT)的事实上的无线平台。Semtech的LoRa芯片组将传感器连接到云，并实现数据和分析的实时 通信，可用于提高效率和生产力。LoRa设备支持智能物联 网应用，解决地球面临的一些最大挑战：能源管理、自然资 源减少、污染控制和基础设施效率。什么是LoRaWAN?LoRaWAN开放规范是一种基于Semtech的LoRa设备的 低功耗广域网(LPWAN)标准，利用工业、科学和医疗(ISM) 频段中的未授权无线电频谱。该LORAAlliance合作，一个 非营利性协会和快速增长的技术联盟，动规范化和LoRaWAN 标准全球统一 o业界预测到2020年物联网无线节点达到500亿个，由于耗电和成本等方面的问题，无线节点中只有不到10%的使 用GSM技术。尽管电信运营商具有建设和管理这样一个大规 模网络的最突出的优势，但是需要一个远距离、大容量的系 统以巩固在依靠电池供电的无线终端细分市场一一无线传感 网、智能城市、智能电网、智慧农业、智能家居、安防设备 和工业控制等方面的地位。对于物联网来说，只有使用一种 广泛的技术，才可能使得电池供电的无线节点数量达到预计 的规模。LoRa作为低功耗广域网(LPWAN)的一种长距离通 信技术，近些年受到越来越多的。LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公 司采用和广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。 这一方案改变了以关于传输距离与功耗的折中考虑方式，为 用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、节点容量 大的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa主要在全球免 费频段运行，包括433MHz. 868MHz. 915MHz等。LoRa技术具有远距离、窄带低功耗（电池寿命长）、 多节点、低成本的特性，适合各种政府网、专网、专业网、 个人网等各种应用灵活部署。LoRa网络主要由终端（可内 置LoRa模块）、网关（基站）、网络服务器以及应用服务 器四部分组成，如-16所示。应用数据可双向传输。传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特 性的三个主要参数。传输速率的选择将影响电池寿命；工作 频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标；而在FSK系 统中，网络拓扑结构的选择将影响传输距离和系统需要的节 点数目。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错 编码技术，性能较好。前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗 余信息，这样，数据传输进程中注入的错误码元在接收端就 会被及时纠正。这一技术减少了以创建“自修复数据包来 重发的需求，且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现 良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障 可靠性，这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制 器将分组数据包中每一比特馈入一个“扩展器中，将每一 比特时间划分为众多码片。LoRa抗噪声能力强。LoRa调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096 码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因 子。相对而言,ZigBee仅能划分的范围为10 12码片/比 特。通过使用高扩频因子，LoRa技术可将小容量数据通过 大范围的无线电频谱传输出去。扩频因子越高，越多数据可 从噪声中提取出来。在个运转良好的GFSK接收端，8dB 的最小信噪比（SNR）若要可靠地解调出信号，采用配置 AngelBlocks的方式，LoRa解调一个信号所需信噪比为一 20dB,GFSK方式与这一结果差距为28dB,这相当于范围和距 离扩大了很多。在户外环境下，6dB的差距就可以实现2倍 于原来的传输距离。物联网采用LoRa技术，才能够以低发射功率获得更广 的传输范围和距离，而这种低功耗广域技术方向正是未来降 低物联网建设成本，实现万物互联所必需的。带宽与范围LoRaWAN适用于长距离传输小尺寸有效载荷（如传感器 数据）。与其他竞争性无线数据传输技术相比，LoRa调制 以低带宽提供了更大的通信范围。下图显示了一些可用于无 线数据传输的接入技术及其预传输范围与带宽的关系。为什么LoRaWAN这么好？超低功耗-LoRaWAN终端设备经过优化，可在低功耗 模式下运行，使用单个纽扣电池可持续使用长达10年。远距离-LoRaWAN网关可以在农村地区超过10公里 的距离内传输和接收信号，在人口稠密的城市地区则高达 3公里。室内深度穿透LoRaWAN网络可以提供室内深度 覆盖，轻松覆盖多层建筑。免许可频谱-您无需支付昂贵的频谱许可费用即可 部署LoRaWAN网络。地理定位-LoRaWAN网络可以使用三角测量确定终端 设备的位置，而无需GPS。如果至少三个网关接收到LoRa 终端设备的信号，则可以定位LoRa终端设备。高容量-LoRaWAN网络服务器处理来自数千个网关的 数百万条消息。公共和私有部署-使用相同的硬件（网关、终端设 备、天线）和软件（UDP数据包转发器、基站软件、终端 设备的LoRaWAN堆栈）可以轻松部署公共和私有LoRaWAN 网络。端到端安全-LoRaWAN使用AES-128加密确保终端 设备和应用服务器之间的安全通信。无线固件更新-您可以远程更新单个终端设备或终 端设备组的固件（应用程序和LoRaWAN堆栈）。漫游-LoRaWAN终端设备可以执行从一个网络到另一 个网络的无缝切换。低成本一一最少的基础设施、低成本的终端节点和 开源软件。认证计划-LoRa联盟认证计划对终端设备进行认 证，并让最终用户确信设备可靠且符合LoRaWAN规范。生态系统-LoRaWAN拥有非常庞大的设备制造商、网 关制造商、天线制造商、网络服务提供商和应用程序开发 商生态系统。什么是物联网(I0T) ?2022-02-18物联网体系框架之网络层2022-02-18物联网简史2022-02-18物联网体系框架包含哪些2022-02-18物联网关键技术2022-02-18物联网常见应用发展方向2022-02-18物联网发展趋势2022-02-18