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LPWAN,一種超遠距離、超低功耗的物聯網絡

添加時間:2018-05-05 14:41:32

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微信圖片_20180514144824.jpg



LoRaWAN

LoRaWAN是一種低功耗廣域網規范,基于MAC層定義,面向物聯網應用。該規范主要使用LoRa調制解調支持大多數的物聯網應用。


LoRaWAN規范解決了廣闊的物聯網市場所帶來的挑戰,其特性包括:

 

雙向性:任何的LPWAN技術提供完全雙向通信是關鍵的;任何設備都能夠向網絡報告(稱為UpLink消息),還可以由網絡(稱為DownLink消息)來控制。 這在許多方面是有意義的,例如設備的配置入網(onboarding)、網絡管理和許多需要用到應答(Acknowledgement )或設備執行機構的其他應用。

 

安全性:分析師預估到2020年將會有數十億的連接設備,保護物聯網用戶的安全是至關重要的。 LoRaWAN使用與金融行業類似的智能密鑰生成機制,提供數據認證以及端到端有效載荷的加密。

 

易于調試:如果今后要將數十億臺設備連接到網絡,其配置入網(on‐boarding)的過程應該是無縫的,不需要考慮SIM卡的分發。

 

地理定位:許多物聯網應用需要設備位置跟蹤。 LoRaWAN使用免GPS的地理定位功能,以合理的成本無縫地規劃網絡內外的設備漫游。

 

可擴展性:這也是關鍵??蓮臄登У慕K端設備開始部署新的網絡;但是,當需要更大容量時,可以增加基礎設施最終連接數百萬甚至數十億個終端設備。

 

標準化:通過LoRa聯盟,廣泛的生態系統合作伙伴都使用相同的標準來創建網絡。



LoRaWAN架構


微信圖片_20180514144831.jpg


總體架構一共分為4部分:

LoRaWAN從底層到最后用戶拿到數據的通訊過程通訊大致可分為三段:

LoRa聯盟 規定了 MAC層的通訊協議,只有在設備(GW、MOTE)共同遵守的MAC層協議的前提下,不同硬件廠商的設備才能互相接入。


而GW <---> Server以及Server <---> 用戶這兩層的協議雖然LoRa聯盟有所規范,但不同廠商之間可能會存在不同。


Mote/Node 就是節點,在LoRaWAN中,節點一般與傳感器連接,負責的就是收集傳感數據,然后通過LoRaMAC 協議傳輸給Gateway。


Gateway也就是網關,主要負責將節點的數據傳輸給服務器,也就是完成數據從LoRa方式到網絡方式的轉換,其中Gateway并不對數據做處理,只是負責將數據打包封裝,然后傳輸給server(服務器)。


按照LoRaWAN的規定,Server又分為四部分--NS(Network server)、AS(Application server)、CS(Customer server)、NC(Network controller)


用戶一般只的是直觀使用這個數據的人,一般是APP或者其他客戶端方式,從服務器獲取數據。



LPWAN與LoraWAN的關系


LPWAN或稱LPN,全稱為LowPower Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一種無線網絡。這種無線網絡強調低功耗與遠距離,通常用于電池供電的傳感器節點組網。因為低功耗與低速率的特點,這種網絡與其他用于商業,個人數據共享的無線網絡(如WiFi,藍牙等)有著鮮明的區別。


應用中,LPWAN可使用集中器組建為私有網絡,也可利用網關連到公有網絡上去。


LPWAN因為跟LoRaWAN名字類似,再加上最近的LoRaWAN在IoT領域引起的熱潮,使得不少人對這兩個概念有所混淆。事實上LoRaWAN僅僅是LPWAN的一種,還有幾種類似的技術在與LoRaWAN進行競爭。


微信圖片_20180514144835.jpg

 LPWAN與其他無線網絡相比


概括來講,LPWAN具有如下特點:

  • 雙向通信,有應答

  • 星形拓撲(一般情況下不使用中繼器,也不使用Mesh組網,以求簡潔)

  • 低數據速率

  • 低成本

  • 非常長的電池使用時間

  • 通信距離較遠


LPWAN適合的應用:

  •  IoT,M2M

  • 工業自動化

  • 低功耗應用

  • 電池供電的傳感器

  • 智慧城市,智慧農業,抄表,街燈控制等等



LoraWAN與Lora的關系


同樣是因為名字類似,不少人將LoRaWAN與LoRa兩個概念混淆。事實上LoRaWAN指的是MAC層的組網協議。而LoRa只是一個物理層的協議。雖然現有的LoRaWAN組網基本上都使用LoRa作為物理層,但是LoRaWAN的協議也列出了在某些頻段也可以使用GFSK作為物理層。從網絡分層的角度來講,LoRaWAN可以使用任何物理層的協議,LoRa也可以作為其他組網技術的物理層。事實上有幾種與LoRaWAN競爭的技術在物理層也采用了LoRa。


微信圖片_20180514144839.jpg

 LoraWAN網絡分層(圖中物理層使用Lora,但是要注意物理層與MAC層獨立,至于無線頻段,圖中使用的ISM頻段,但從技術角度來講也可使用其他任何頻段)

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