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一篇文章看懂LoRa技术原理

由Semtech开发的LoRa技术是在sub-GHz免许可频段中使用最广泛的LPWAN技术。由于使用了未授权的频段,LoRa网络向未经射频监管机构授权的客户开放。因此,LoRa网络可以在超过几公里的范围内轻松部署,并以最低的投资和维护成本为客户提供服务。

由Semtech开发的LoRa技术是在sub-GHz免许可频段中使用最广泛的LPWAN技术。由于使用了未授权的频段,LoRa网络向未经射频监管机构授权的客户开放。因此,LoRa网络可以在超过几公里的范围内轻松部署,并以最低的投资和维护成本为客户提供服务。

lora的物理特征

LoRa技术已经对现有技术进行了巨大改进,以实现其低功耗、远距离的目标。第一种是基于啁啾扩频(CSS)方案的LoRa调制,其使用宽带线性频率调制脉冲,其频率基于编码信息而增加或减少。Shannon-Hartley定理表明传输信道带宽的增加是克服较差信噪比(SNR)的一种方法。自20世纪40年代以来一直用于雷达应用的CSS因其对信道衰减机制(如多径衰落,多普勒效应和带内干扰干扰)的固有鲁棒性(鲁棒性/抗变换性原是统计学中的一个专门术语,20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来,用以表征控制系统对特性或参数扰动的不敏感性。鉴于中文“鲁棒性”的词义不易被理解,“robustness”又被翻译成了语义更加易懂的“抗变换性”,“抗变换性”和“鲁棒性”在译文中经常互相通用而被选中。)结果,LoRa调制的最大耦合损耗(MCL)高达148 dB-20 dB大于现有的sub-GHz通信,以便将覆盖距离扩展到千米并增加网络容量。LoRa调制具有六个导致自适应数据速率的扩展因子。该特征使得能够在同一频率信道上同时发送多个不同扩展的信号。

lora的网络架构

LoRawan定义了通信协议和系统架构,而LoRa定义了物理层。LoRaWAN使用远程星形架构。其中网关用于在终端设备和中央核心网络之间中继消息。在LoRaWAN网络中,节点不与特定网关关联。相反,节点发送的数据通常由多个网关接收。每个网关都会通过一些回程(蜂窝,以太网,卫星或Wi-Fi)将收到的数据包从终端节点转发到基于云的网络服务器。终端设备(即传感器和应用程序)通过单跳LoRa通信与一个或多个网关通信,而所有网关通过标准IP连接连接到核心网络服务器。网络服务器具有过滤来自不同网关的重复数据包,检查安全性,向网关发送ACK以及将数据包发送到特定应用程序服务器所需的智能。由于网络可以在不同网关传输的信息中选择最优质的信息,因此不需要切换。如果节点是移动的,则从网关到网关不需要切换,这是启用资产跟踪应用程序的关键特性,这是垂直物联网的主要目标应用。通过使用网状网络,系统可以以设备电池寿命为代价来增加网络的通信范围。

lora加密

另一个改进是针对能量限制传感器的LoRa网络协议的优化,因为上行链路流量通常超过物联网的下行链路量。在这种环境下,LoRa技术规范为不同的应用场景定义了三种不同的数据接收窗口模式。此外,LoRa技术支持数据加密,以通过AES-128加密密钥对确保信道安全。

到目前为止,LoRa技术已经在56个国家被应用到了智能电表,交通跟踪,智能家电和智能医疗的演示。在荷兰,电信运营商KPN已经部署了覆盖整个国家的LoRa网络,韩国的SK电信也是如此。此外,拥有300多名成员的LoRa联盟正在合作,为安全和运营商级LPWAN连接定义一个开放的全球标准,代表生态系统的不同层次,从芯片组,模块,设备和网关到网络和应用服务器。

LoRa技术已经对现有技术进行了巨大改进,以实现其低功耗、远距离的目标。第一种是基于啁啾扩频(CSS)方案的LoRa调制,其使用宽带线性频率调制脉冲,其频率基于编码信息而增加或减少。Shannon-Hartley定理表明传输信道带宽的增加是克服较差信噪比(SNR)的一种方法。自20世纪40年代以来一直用于雷达应用的CSS因其对信道衰减机制(如多径衰落,多普勒效应和带内干扰干扰)的固有鲁棒性(鲁棒性/抗变换性原是统计学中的一个专门术语,20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来,用以表征控制系统对特性或参数扰动的不敏感性。鉴于中文“鲁棒性”的词义不易被理解,“robustness”又被翻译成了语义更加易懂的“抗变换性”,“抗变换性”和“鲁棒性”在译文中经常互相通用而被选中。)结果,LoRa调制的最大耦合损耗(MCL)高达148 dB-20 dB大于现有的sub-GHz通信,以便将覆盖距离扩展到千米并增加网络容量。LoRa调制具有六个导致自适应数据速率的扩展因子。该特征使得能够在同一频率信道上同时发送多个不同扩展的信号。

lora的网络架构

LoRawan定义了通信协议和系统架构,而LoRa定义了物理层。LoRaWAN使用远程星形架构。其中网关用于在终端设备和中央核心网络之间中继消息。在LoRaWAN网络中,节点不与特定网关关联。相反,节点发送的数据通常由多个网关接收。每个网关都会通过一些回程(蜂窝,以太网,卫星或Wi-Fi)将收到的数据包从终端节点转发到基于云的网络服务器。终端设备(即传感器和应用程序)通过单跳LoRa通信与一个或多个网关通信,而所有网关通过标准IP连接连接到核心网络服务器。网络服务器具有过滤来自不同网关的重复数据包,检查安全性,向网关发送ACK以及将数据包发送到特定应用程序服务器所需的智能。由于网络可以在不同网关传输的信息中选择最优质的信息,因此不需要切换。如果节点是移动的,则从网关到网关不需要切换,这是启用资产跟踪应用程序的关键特性,这是垂直物联网的主要目标应用。通过使用网状网络,系统可以以设备电池寿命为代价来增加网络的通信范围。

lora加密

另一个改进是针对能量限制传感器的LoRa网络协议的优化,因为上行链路流量通常超过物联网的下行链路量。在这种环境下,LoRa技术规范为不同的应用场景定义了三种不同的数据接收窗口模式。此外,LoRa技术支持数据加密,以通过AES-128加密密钥对确保信道安全。

到目前为止,LoRa技术已经在56个国家被应用到了智能电表,交通跟踪,智能家电和智能医疗的演示。在荷兰,电信运营商KPN已经部署了覆盖整个国家的LoRa网络,韩国的SK电信也是如此。此外,拥有300多名成员的LoRa联盟正在合作,为安全和运营商级LPWAN连接定义一个开放的全球标准,代表生态系统的不同层次,从芯片组,模块,设备和网关到网络和应用服务器。

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