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起底LoRaWAN,技术标准化之后与NB-IoT竞争吗?

20180930
2018-09-29 11:07 物联传媒

导读:LoRa产业在最近1年左右的时间经历了大起大伏,先是在去年年底的时候工信部一纸关于频谱监管的政策在行业内掀起了轩然大波,也让LoRa产业的发展蒙上的阴影,但是随着政策风向的改变以及以阿里、腾讯、联通等行业巨头入局LoRa产业之后,整个LoRa产业又焕然一新,迎来了新的发展契机。相比于LoRa技术,LoRaWAN在因为具有标准的协议,能够进行大规模的组网,因而更具潜力。


  LoRa产业在最近1年左右的时间经历了大起大伏,先是在去年年底的时候工信部一纸关于频谱监管的政策在行业内掀起了轩然大波,也让LoRa产业的发展蒙上的阴影,但是随着政策风向的改变以及以阿里、腾讯、联通等行业巨头入局LoRa产业之后,整个LoRa产业又焕然一新,迎来了新的发展契机。相比于LoRa技术,LoRaWAN在因为具有标准的协议,能够进行大规模的组网,因而更具潜力。

  1 LoRaWAN和LoRa的区别

  很多人很容易将LoRa与LoRaWAN技术弄混淆,其实两者是有很大的区别,简单地说,LoRa是一种扩频调制技术,属于物理层协议,相比于传统的FSK调制技术,灵敏度增加的8-10个db,其灵敏度更加的接近香农定理的理论极限值。

  而LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。相比于LoRa技术主要是有Semtech负责供应之外,LoRaWAN是由LoRa联盟维护。

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  (LoRa与LoRaWAN对比)

  2 LoRaWAN的网络架构

  LoRaLAN是一种经过实际验证的、适用于复杂工业环境的无线通信网络协议。它在时间上(时分多址TDMA)、频率上(TSCH)和空间上(星型组网)的综合优势,使这个简洁但又有效的协议具有嵌入式的自组织和自愈能力,大大降低了网络部署的复杂性,确保了无线网络具有长期可预期的稳定性能。

  LoRaLAN网络架构如下:

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  如上图所示,LoRaLAN网络包括三类网元:终端、基站和网络服务器。网络服务器是基站和终端入网的统一LoRaLAN网络管理平台,可以独立本地部署,也可以基于云端部署。

  LoRaLAN网络协议层次如下:

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贝斯特BSTBET.COM3 LoRaLAN的主要技术特点

  LoRaWAN采用了Semtech公司开发的扩频技术,工作在sub-1GHz频段,欧洲 868MHz,北美:915MHz,中国:433Mhz,470-510MHz。LoRaWAN的传输数据速率在 300bps - 50kbps。安全方面采用了128位的AES加密。

  许多现有部署的网络采用了网状网络架构。在网状网络中,个别终端节点转发其他节点的信息,以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围,但也增加了复杂性,降低了网络容量,并降低了电池寿命,因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当进行远距离连接时,星型架构最有意义的是保证了电池寿命。下面总结了一些LoRaWAN的主要技术特点。

  广覆盖抗干扰:基于 2.4G LoRa 采用的Chirp调制技术,保证一定带宽的前提下,有效距离可达800米(SF7)。

  时分多址接入:LoRaLAN参考802.15.4BE模式,采用TDMA接入方式,结合动态资源调度,极大提高实时响应性能,减少了包碰撞率,提升了系统容量。

  低功耗:基于2.4G LoRa的物理层实现,RX和TX的功耗显著低于Zigbee、Wireless HART;休眠电流只有200nA级别。

  双工通信动态调度:基站作为空口时间和频率资源的中心分配节点,通过动态资源调度,能实时地响应上行和下行数据传输需求,最大化空口资源利用率。

  QoS保障机制:支持消息“可靠/非可靠、优先/非优先”4个QoS标签。对于可靠消息,LoRaLAN设计了上下行双向ACK机制,确保上行和下行消息都能传递成功。优先/非优先标签允许将资源优先分配给更重要的消息,比如上行的告警消息,下行的控制消息等。

  分片与重组:LoRaLAN在链路层设计了消息分片和重组能力,不仅简化了应用层设计,而且处理大消息传输时的效率远远高于在应用层进行类似工作的效率。

  闭环功控:基站根据上行数据携带的SNR和RSSI可以快速调整终端的发射功率,进一步降低终端功耗。

  时隙同步和信道跳频:实现了TSCH协议,保证基站和终端时隙同步的同时,通过信道跳频提高抗干扰能力,适应工业场景复杂的电磁环境。

  支持A/C类设备:LoRaLAN在资源调度上继续保留LoRaWAN A/C类设备支持。

  安全保障:升级了LoRaWAN的加密方案,采用基于AES128 CBC的加密技术,支持数据机密性和完整性保护,支持动态密钥协商。

  4网络部署情况

  目前LoRa联盟已有500多个成员,在100多个国家提供服务,58加联盟成员运营商在41个国家运营,67家公共网络运营商。其全球网络覆盖情况如下图所示:

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  5 LoRaWAN的应用

  LoRaWAN的技术特点非常适用于企业级老虎机贝斯特项目的应用,主要有以下几个方面

  ?抄表(如:电表、气表、水表)

  农业(可用用于灌溉控制、环境监测、动物跟踪等)

  追踪(如:摩托车、自行车、汽车、集装箱、儿童、宠物、贵重物品的追踪)

  智能电网(可用于:故障管理、电缆防盗、测量)

  可穿戴和健康设备(如:老虎机贝斯特穿戴设备、可连接手环、状态监控、可连接衣服)

  工业领域(如:地震感知、雪崩和洪水、加热和交流电、设备状态、森林火灾、空气污染、工人健康检测等)

  智能城市(可用于管理街灯、基础设施监控、垃圾监控、广告投放、智能停车、自动售货机等)

  互联家庭(烟雾检测、安防系统、智能家电、供暖、控制和监测)

  车载通信(交通信息、交通灯、车辆状态)


    ( 资料来源:艾森智能、芯思维      物联传媒整理发布 )