一文了解Lora物聯(lián)網(wǎng)

什么是LoRa和LoRaWAN

LoRa是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調(diào)制， 基于CSS調(diào)制技術(shù)（Chirp Spread Spectrum）的LoRa技術(shù)相較于傳統(tǒng)的FSK技術(shù)，能極大地增加通訊范圍，且CSS技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

LoRaWAN是為LoRa遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。它是一種媒體訪問控制（MAC）層協(xié)議。LoRaWAN在整個(gè)流程的中充當(dāng)MAC的功能，而LoRa調(diào)制充當(dāng)物理層。

簡單來說，單個(gè)網(wǎng)關(guān)或者基站可以覆蓋整座城市或幾百平方千米的范圍，范圍也取決于所使用位置的環(huán)境和干擾情況，但LoRa和LoRaWAN相比于其他標(biāo)準(zhǔn)通訊技術(shù)有著更好的鏈路預(yù)算，它通常以db表示，是決定指定環(huán)境傳輸范圍的關(guān)鍵因子，下圖是部署在柏林的LoRa網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況。

什么物聯(lián)網(wǎng)場景用LoRa？

在偏遠(yuǎn)地區(qū)，如果沒有NB-IoT信號(hào)，那么就更適合用LORA了。例如高原地區(qū)的牛羊定位管理，養(yǎng)牦牛的或者是養(yǎng)跑山豬的?；蛘呤俏锫?lián)網(wǎng)設(shè)備很密集的地方，LORA也會(huì)比NB更便宜。例如智慧小區(qū)、智慧園區(qū)等等。

常見的Lora組網(wǎng)方式

最常見的局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式是形狀組網(wǎng)。

星狀組網(wǎng)是由中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成。如上圖，中間的黑色圈就是中心節(jié)點(diǎn)，外部的小圓圈屬于終端節(jié)點(diǎn)。

中心節(jié)點(diǎn)：就相當(dāng)?shù)囊粋€(gè)網(wǎng)關(guān)，也是數(shù)據(jù)的處理中心。

終點(diǎn)節(jié)點(diǎn): 就相當(dāng)于探測器配件，諸如遙控器，無線門磁，煙感，燃?xì)馓綔y器等

LoRa為什么功耗低？

LoRa之所以功耗比NB-IoT低，是因?yàn)闃O少發(fā)射數(shù)據(jù)。

就像兩個(gè)人相距100米站著，你對別人喊話的時(shí)候要扯著嗓子吼，聽的時(shí)候只需要靜靜的聽，喊話的肯定比聽話的累多了。

無線網(wǎng)絡(luò)傳輸也一樣，發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候比接收數(shù)據(jù)的時(shí)候功耗大的多。例如LoRa發(fā)射的工作電流超過100mA，接收的工作電流僅10mA。

這里講的發(fā)射和和接收，不只是數(shù)據(jù)的上行和下行，還包括了“心跳包”內(nèi)部的上行和下行。

NB就像兩個(gè)人對話：一人說“告訴你一件事情，xxx”，另一人回答“好的，我聽到了”。雙方都在說話（發(fā)射數(shù)據(jù)）。

而LoRa就像兩個(gè)人約定好時(shí)間，一人說“告訴你一件事情，xxx”，另一人只聽，但不吭聲。

NB-IoT和2G 4G一樣，是設(shè)備端主動(dòng)去詢問基站，問“我在線，你有沒有需要發(fā)給我的數(shù)據(jù)？” 這個(gè)過程中就需要設(shè)備端發(fā)射數(shù)據(jù)出去。

而LoRa不需要這一步，LoRa會(huì)和基站約定一個(gè)時(shí)間窗口，時(shí)間一到，基站只管說，終端只管聽。這就是LoRa功耗低的核心原因。

雙方都約定“10分鐘后”開始溝通，雙方各自的手表準(zhǔn)不準(zhǔn)，就很關(guān)鍵了。于是LoRa終端和基站需要定期“對時(shí)間”，（通過beacon）。

基站“講話”了，終端有沒有“聽到”？如果基站需要知道終端有沒有收到下行信息，就需要終端上行一個(gè)反饋信息。

這些技術(shù)細(xì)節(jié)網(wǎng)上資料很多，就不贅述了。

LoRa的三個(gè)工作模式

LoRa的工作模式和NB-IoT類似。

LoRa Class-A，等同于NB-IoT PSM模式。物聯(lián)網(wǎng)終端要主動(dòng)發(fā)消息給基站，基站才能找得到終端，并且下發(fā)控制指令。

Class-A 終端發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)候才能接收

LoRa Class-B，等同于NB-IoT的eDRX模式。物聯(lián)網(wǎng)終端隔一小段時(shí)間聯(lián)系一次基站，此時(shí)基站才能找得到終端，并下發(fā)控制指令。

Class-B 終端定期接收（一般是幾十秒一次）

LoRa Class-C，等同于NB-IoT的DRX模式或socket長連接。物聯(lián)網(wǎng)終端和基站之間一直保持緊密聯(lián)系，基站隨時(shí)都能給終端下發(fā)控制指令。

Class-C 終端隨時(shí)都可以接收，功耗大

根據(jù)應(yīng)用場景選擇LoRa工作模式

不需要實(shí)時(shí)控制終端設(shè)備的，選擇Class-A。省電，一節(jié)電池能用幾年。例如智能水表、氣表、智能井蓋、智能垃圾箱等

需要實(shí)時(shí)控制終端設(shè)備的，且延遲幾十秒也無所謂的，選擇Class-B。省電和控制取個(gè)均衡。一節(jié)電池也能用半年。例如路燈控制、牛羊定位器、農(nóng)林大棚控制等。

需要實(shí)時(shí)控制終端設(shè)備，且對延遲要求比較高的，選擇Class-C，老老實(shí)實(shí)接電源吧。話說這種情況也不是LoRa的主打應(yīng)用場景，用的很少。

如何快速搭建LoRa物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)？

LoRaWan現(xiàn)在已經(jīng)很成熟了，從傳輸模塊到基站到LoRa云服務(wù)一整套可以打包獲取。

開發(fā)者只需要用MCU掛載LoRa傳輸模塊，就可以通過LoRa云服務(wù)器收取MCU的上行數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令。

和NB-IoT幾乎一模一樣：MCU掛載NB模塊，從運(yùn)營商的服務(wù)器收取MCU的上行數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令。

兩者的區(qū)別：LoRa需要自己買基站、NB需要自己去買sim卡。

舉個(gè)例子

使用機(jī)智云GL600 Lora網(wǎng)關(guān)、GM600 LoRa網(wǎng)關(guān)進(jìn)行組網(wǎng)。

LoRa網(wǎng)關(guān)GL600、GM600采用嵌入式Linux 系統(tǒng)進(jìn)行全新架構(gòu)和設(shè)計(jì)，方便維護(hù)更新和應(yīng)用定制化開發(fā)。網(wǎng)關(guān)的主要功能和特性如下。

1、支持Wi-Fi、485串口通信、4G、5G全網(wǎng)通，智能選擇通信方式

2、支持48通道，節(jié)點(diǎn)數(shù)1000+，最高可擴(kuò)展至65535

3、支持傳感器子設(shè)備多網(wǎng)關(guān)漫游

4、預(yù)留多種調(diào)試接口，方便維護(hù)

5、免開發(fā)快速接入后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控