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Zigbee和WiFi那么好用,LoRa又具有什么优势呢?

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发表于 2018-3-1 10:02:18  | 显示全部楼层 | 阅读模式

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就在ZigBee和ZWave两家网络技术明争暗斗的·时候,一种新型的可远距离传输数据并且有着超低能耗的网络技术悄悄地发展起来,这种技术叫LoRa,是由升特公司(Semech)发布的一种专用于无线电调制解调的技术,它与其他如FSK(频移键控)、GMSK(高斯最小频移键控)、BPSK(二进制相移键控)及其派生的调制方案形成竞争关系。
  LoRa
LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。此前,只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术,而随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。
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。这一技术减少了以往创建“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“展扩器”中,将每一比特时间划分为众多码片。LoRa调制解调器经配置后,可划分的范围为64-4096码片/比特。AngelBlocks配置调制解调器可使用4096码片/比特中的最高扩频因子(12)。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。实际上,当你通过频谱分析仪测量时,这些数据看上去像噪音,但区别在于噪音是不相关的,而数据具有相关性,基于此,数据实际上可以从噪音中被提取出来。其实,扩频因子越高,越多数据可从噪音中提取出来。
在一个运转良好的GFSK接收端,8dB的最小信噪比(SNR)需要可靠地解调信号,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解调一个信号,其信噪比为-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。
为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现,我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量,在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。
AngelBlocks的发射功率为100mW(20dBm),接收端灵敏度为-129dBm,总的链路预算为149dB。比较而言,拥有灵敏度-110dBm(这已是其极好的数据)的GFSK无线技术,需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中,大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm,在此状况下,发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W,才能达到与LoRa类似的链路预算值。
因此,使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离,这种低功耗广域技术正是我们所需的。
Lora和蓝牙对比.jpg
  OpenRF协议
目前已有很多“标准化”协议应用于家庭自动化领域,ZigBee和ZWave是两种主流的选择,另外还有6LowPan以及其他协议。
大多数协议或多或少依赖无线网格(mesh)组网,有些依赖整体系统来达到合理地传输距离,不过这无法使用电池供电。
LoRa采用点对点通信方式,实现远距离传输的目的,我们无需网格化网络。实际上,我们需要一个“轻量级”协议,适用于长期以电池供电的方式。
OpenRF是为电池供电的应用而开发的,例如水表和燃气表数据读取。OpenRF为媒介接入层(MAC Layer)定义了一个标准化的界面,允许其余各种各样射频集成电路装置(RFICs)协同工作。OpenRF还提供了一个支持32位设备地址的统一网络层来保证消息传递,还有多重的网络拓扑结构。理论上来说,OpenRF也可支持无线网格组网,虽然我们目前没有那种功能性要求。
OpenRF提供两个接口,其中API接口允许在一个微控制器的嵌入式应用中集成OpenRF,我们用这一界面构建了AngelBlocks的应用。另一接口为指令接口,它允许外部主控制器在串行链路上使用AT指令集来发送和接收数据包。我们的应用开发适配器在一个主机上使用指令接口控制AngelBlocks,其中Arduino和Pi适配器使用一个TTL级别的串行端口,PC/MAC适配器使用一个USB/COM端口,同一指令接口均可使用。
LoRa的腾空出世惊呆了网络技术领域的领军人物ZigBee和ZWave,打得这些大佬们措手不及。超低功耗和远距离的传输使得LoRa刚被人知晓就获得超高的人气,在这个物联网时代,LoRa这种专用于无线电调制解调的技术被运用的领域将会越来越广泛,将使得物物相连趋向柔性化,未来市场潜力巨大。
Lora solution2.jpg
目前,相对于NB-IoT,LoRa是当前最成熟、稳定的窄带物联网通讯技术,其自由组网的私有网络远优于运营商持续不断收费的NB网络,且LoRa一次组网终身不需缴费。但是应用LoRa进行物联网通讯开发难度大、周期长、进入门槛高。据了解,为降低物联网行业创业者进入门槛,协成智慧提供了一整套成熟LoRaWAN源代码+LoRa Gateway网关定制方案,极大缩减了创业者在物联网链路调通上所耗费的半年周期与巨额开发代价,便于快速切入物联网具体应用,打造属于自己的独立物联网运营品牌。
大普通信投入LoRa研发多年,拥有LoRa的全套产品(包括模块、网关、服务器等)和多款节点(烟雾、温湿度等)成品,还拥有多种解决方案(智能家居安防、无线倒车雷达、智能抄表系统等),致力于为客户提供一体化的物联网系统服务。2017年大普通信与美国Semtech公司建立深度合作联系,双方将在LoRa芯片及应用层面进行深入合作,并在智慧城市、智慧农业、智慧牧业等领域开展产品和方案的设计,促进行业的发展。大普通信以及各厂家将围绕LoRa技术在各行业应用创新展开工作。积极推动物联网行业进展,制定统一的LoRa应用规范。积极打造特色的LoRa应用的“技术交流平台”、“方案验证平台”、“市场合作平台”。
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发表于 2018-3-1 10:24:45  | 显示全部楼层
狠坐2WLW前排沙发!^_^

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