LoRa 技術是什麼及其工作原理 – 深入指南

目錄
什麼是 LoRa 技術

物聯網 (物聯網) 正在推動各行業對無線連接的需求. 從供應鏈到基礎設施等行業的公司希望無線監控遠程資產, 跟踪發貨情況, 設備數字化, 和更多. 但僅靠 WiFi 和藍牙等許多無線技術無法滿足這些遠程用例的需要. LoRa 登場——一種新興的無線標準,就像增強版藍牙一樣. 憑藉其遠距離和低功耗的能力,它似乎非常適合大規模物聯網網絡部署. 在這個博客中, 我將概述什麼是 LoRa, 怎麼運作的, 其主要優點, 應用, 以及親自嘗試的技巧.

LoRa技術的定義

LoRa代表遠程無線電,主要針對物聯網 (物聯網) 和 M2M 網絡. 它是一種新型無線調製方法,專為遠程連接和低功耗通信而設計. 該技術將允許多租戶或公共網絡連接在同一網絡上運行的多個應用程序.

lora 技術簡介

LoRa 協議包括許多不同的層,包括用於安全通信的應用程序層和設備層, 網絡加密. 每個單獨的 LoRa 網關都能夠處理多達數百萬個節點. 信號可以延伸很遠的距離, 這意味著需要更少的結構, 使構建網絡更快,實施成本更低.

它最初由格勒諾布爾的 Cycleo 開發, 法國,被 Semtech 收購 2012. 之後, 標準化 LoRaWAN 非營利聯盟 – 建立在 LoRa 調製之上的通信協議. LoRaWAN定義了系統架構,而LoRa提供了遠程物理連接.

LoRa網絡架構

LoRaWAN架構由終端節點組成, 網關, 網絡服務器和應用服務器. 就 LoRa 網絡的真實架構而言, 節點通常採用星型拓撲,網關形成透明橋. 這些在中央網絡服務器和後端的終端設備之間中繼消息. 與端點節點的通信通常是雙向的, 但也可以支持多播操作, 這對於諸如此類或其他大規模分發消息或軟件升級之類的功能很有用.

  • LoRa傳感器: 端點是進行控製或傳感的 LoRa 網絡的元素. 他們通常位於偏遠地區.
  • LoRa 網關: 網關從 LoRa 端點接收基礎設施,然後將它們傳輸到回程系統. LoRa 網絡的這一部分可以是蜂窩網絡, 以太網, 或任何其他無線或有線電信鏈路. 網關使用典型的 IP 連接連接到網絡服務器. 這樣, 數據使用典型協議,但可以連接到任何電信網絡, 無論是私人的還是公共的. 鑑於 LoRa 網絡與蜂窩網絡的相似性, LoRaWAN 網關通常與蜂窩基站位於同一位置. 這樣, 他們能夠在回程網絡上使用額外的容量.
  • LoRa網絡服務器: LoRa 網絡服務器在網絡中取得成功並作為其功能的一部分, 它的作用是刪除重複的數據包, 適應數據速率, 並安排確認. 對部署和連接方式的評估使得部署 LoRa 網絡變得非常容易.
  • 應用服務器: 然後, 遠程計算機可以控制端點的操作或從端點收集數據 - LoRa 網絡幾乎是半透明的.

LoRa技術如何工作

LoRa無線使用擴頻調製, 將窄帶信號傳播到更寬的信道帶寬上. 它的遠距離無線魔力來自於一些巧妙的優化:

啁啾擴頻 (CSS)

這是 LoRa 無線電使用的物理層調製技術. CSS 的工作原理是獲取正弦信號並隨時間線性改變其頻率, 創建線性調頻信號. 然後將該信號調製到載波頻率上.

通過在更寬的帶寬上啁啾信號, LoRa 將能量傳播到更大的頻率範圍. 這增加了抗干擾和噪聲的能力, 同時改善網關的信號接收.

自適應數據速率 (不良反應)

這是 LoRa 動態優化終端節點設備和網關之間數據速率的方法. 使用 ADR, 當乾擾較低時,節點可以轉向更快的數據速率;當乾擾增加時,節點可以轉向更穩健的數據速率.

這種優化可確保在不斷變化的信道條件下獲得最佳數據速率, 最大限度地提高節點的電池壽命和整體網絡容量.

CSS 和 ADR 共同為 LoRa 提供了令人印象深刻的範圍和彈性,同時使用最小的功率. 這些信號對於其他系統來說就像噪聲一樣, 加強安全.

LoRa 技術的主要特性和優勢

讓我們更深入地了解 LoRa 無線電技術的一些突出優勢:

  • 遠程連接– 啟用範圍 15+ 鄉村地區的公里數以及 5+ 市區公里數. 允許城市範圍的覆蓋, 並實現了對建築物的良好穿透.
  • 低電量– 之間 10 毫安和 100 睡眠模式下的 nA. 取決於應用, 電池壽命是 2 至 15 年. 大幅降低維護成本.
  • 安全傳輸– AES-128 位加密可保護數據並防止篡改.
  • 準確的地理位置– 無需 GPS 信號即可精確定位到數十米範圍內. 有助於資產追踪.
  • 全球頻段 – 868 兆赫 (863–870 兆赫, 分成幾個子帶) 在歐洲和 915 兆赫在美國. 頻道使用期限在許多國家受到法規限制 (佔空比).
  • 雙向通訊– 向上發送數據並向下推送配置. LoRa通信設備可遠程控制.
  • 大容量– 單個 LoRa 網關每天可以處理來自數千台設備的數百萬條消息.
  • 開放標準– LoRaWAN 是一個由非營利性 LoRa 聯盟監管的開放規範. 推動採用和互操作性.

LoRa 技術基礎知識

LoRa技術有幾個關鍵要素. 它的一些主要功能包括以下:

  • 多達數百萬個節點
  • 電池壽命長; 十年之內
  • 長距離; 15-20 公里.

LoRa 技術的多種元素可提供整體連接性和功能.

LoRa 協議棧: LoRa 聯盟還定義了一個開放的協議棧. 這個開源堆棧的創建讓 LoRa 的概念得以提出,因為所有不同類型的公司都參與了 LoRa 開發, 部署, 和使用已經能夠結合在一起,創建一個低成本且易於使用的解決方案,用於連接各種方式的物聯網設備.

LoRa網絡設計: 除了 LoRa 無線系統的射頻元件, 網絡架構還有一些其他元素, 包括整體系統架構的存在, 服務器, 回程, 和應用計算機. 整體架構常被稱為LoRaWAN.

洛拉物理層 / 射頻接口: LoRa 物理層或 PHY 是系統運行的關鍵. 它控制在節點或端點之間傳輸的射頻信號的各個方面, IE. LoRa 網關和傳感器是接收信號的地方. 物理層或無線電接口控制信號的各個方面,包括調製格式, 功率等級, 頻率, 發送和接收元件之間的信令, 和其他相關主題.

LoRa調製

LoRa 技術是無線調製或物理 (物理層) 矽層, 用於創建遠程通信鏈路.

LoRa 物理層使用一種擴頻調製形式. LoRa 調製系統使用寬帶線性頻率控制脈衝. 頻率隨時間增加或減少的水平用於對要傳輸的數據進行編碼, 如; 啁啾調製的一種形式.

當解調與轉發糾錯相結合時,這種類型的調製使 LoRa 無線系統能夠解調低於本底噪聲 20dB 的信號, 前向糾錯. 與傳統 FSK 系統相比; LoRa 系統的鏈路預算可以提供超過 25dB 的改進.

由於傳輸是以偽隨機方式傳播的, 非 LoRa 用戶可能很難檢測到並且看起來像噪音. 這可以支持系統的安全性.

該系統的另一個優點是啁啾調製和系統, 一般來說, 能夠容忍頻率偏移,因此, 可以使用一個基本的晶體振盪器 20-30 ppm 接受,而不是支付溫度的振盪器, TCXO. 這可以在節點電子電路中提供一些良好的成本節約.

LoRa 網絡安全

網絡安全問題日益重要. 因此,LoRa 網絡需要高水平的安全性以防止任何系統出現問題.

達到 LoRa 網絡所需的安全級別, 已經使用了幾層加密:

設備特定密鑰 (EUI128).

唯一網絡密鑰 (EUI64) 保證網絡級別的安全.

唯一的應用程序密鑰 (EUI64) 證明端到端的安全性.

使用這些加密層可確保 LoRa 網絡保持適當的安全性.

LoRa技術的應用

LoRa 無線技術優選用於各種應用. 遠距離和低功耗功能意味著端點可以部署在各種地方, 建築物內外,仍然能夠與網關通信. 由於系統易於部署,可用於大量物聯網, 互聯網事物, 和機器對機器, 應用, 機器對機器. 以下是一些常見的 LoRa 應用:

LoRa技術的應用

智慧城市 – 智能計量, 環境監測, 智能停車, 街道照明, 廢物管理等.

供應鏈/物流 – 資產跟踪和監控, 冷鏈監控, 車隊管理.

農業 – 土壤監測, 灌溉控制, 牲畜追踪.

工業物聯網 – 設備監控, 預見性維護, 自動化.

基礎設施監控 – 監控鐵路軌道, 橋樑, 任何物理變化的隧道.

公用事業 – 智能電網, 燃氣/水計量, 洩漏檢測, 分佈式發電.

樓宇自動化 – 暖通空調和照明控制, 能源管理, 房間佔用情況監控.

衛生保健 – 資產追踪, 醫療設備傳感器, 病人監護.

零售 – 倉庫庫存管理, 通過信標進行地理營銷.

LoRa 與 LoRaWAN – 有什麼不同?

LoRa 描述了較低的物理層, 沒有上層網絡層. LoRaWAN 是為描述網絡上層而開發的眾多協議之一. LoRaWAN 是一種基於雲的媒體訪問控制 (蘋果電腦) 層協議,但主要作為網絡層協議來管理端節點設備和 LPWAN 網關之間的通信, 作為指導協議, 由 LoRa 聯盟維護. LoRaWAN 規範版本 1.0 六月發布 2015.

羅拉萬 定義網路的系統架構和通訊協定, 而 LoRa 物理層允許遠程通信鏈路.

所以總結一下:

LoRa = 物理層調製

LoRaWAN = 通信協議和架構

它們共同提供了完整的解決方案,包括遠程連接和靈活的網絡通信架構.

LoRa 和 LoRaWAN 之間的區別

LoRa聯盟是什麼?

與許多其他系統一樣, 成立了一個行業機構來開發並在整個行業內推廣 LoRa 無線系統,稱為“LoRa 無線系統”。 LoRa聯盟. 它於三月推出 2015. 正如聯盟所說, 它的建立是為了提供一個開放的全球安全標準, 運營商級物聯網 LPWAN 連接.

雖然 LoRa 基本上是由 Semtech 開發的, 開放該標準使其被眾多公司採用, 從而發展生態系統並獲得更大的參與度, 更多種類的產品以及使用和接受度的整體增加.

LoRa 聯盟的創始成員包括 Actility, 思科, 伊奧蘭, IBM, 克林克, 國際標準化組織, 多技術, 薩基康, 森泰克, 和微芯片技術, 以及領先的電信運營商: 布依格電信, KPN, 新加坡電信, 近似, 瑞士電信, 和 FastNet (Telkom 南非的一部分).

LoRa 技術入門

基本上, 每個人都可以操作自己的 LoRa 通信. 由於 LoRa 在非指定頻率範圍內工作, 不需要頻率的許可費用. 如果您只需要在有限區域內設置 LoRaWAN, 您自己的網關和服務器的運行才有意義. 希望建立您自己的 LoRa 和 LoRaWAN 解決方案? 以下是 MOKOSmart 如何幫助您開始使用 LoRa 技術:

– MOKOSmart 提供多種 LoRaWAN 傳感器 用於資產跟踪, 環境監測, 停車檢測等.

– 我們的 LoRaWAN 網關具有 IP66 外殼和內置 LoRa 和藍牙性能.

– 我們提供藍牙 LoRaWAN 網關用於連接藍牙設備.

– 請務必進行小型測試部署以評估實際覆蓋範圍和性能.

– 花時間設計完整的端到端系統架構.

– 加入 LoRa 聯盟進行協作並獲取資源.

– 通過我們的傳感器, 網關, 和 LoRa 模塊, 您可以快速構建遠程物聯網網絡.

借助 MOKOSmart 易於集成的 LoRa IoT 設備, 您可以在 IoT 應用程序中快速構建遠程無線連接. 尋求 LoRa 技術入門幫助.

了解更多關於洛拉的信息

作者——
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲歐娜, MOKOSMART 的技術作家和編輯, 以前花費 10 在物聯網公司擔任產品工程師多年. 自從加入我們公司, 她與銷售人員密切合作, 產品經理和工程師, 深入了解客戶需求. 融合深厚的行業經驗並了解客戶最想要的, Fiona 撰寫了涵蓋物聯網基礎知識的引人入勝的內容, 深入的技術材料與市場分析 - 與物聯網領域的受眾建立聯繫.
分享這個帖子
增強您的互聯能力 需要MOKOSmart 物聯網設備解決方案!