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  什么是LoRa技術

  LoRa是一種專用于遠距離低功耗的無線通信技術,其調制方式相對于其他通信方式大大增加了通信距離，可廣泛應用于各種場合的遠距離低速率物聯(lián)網(wǎng)無線通信領域。比如自動抄表、樓宇自動化設備、無線安防系統(tǒng)、工業(yè)監(jiān)視與控制等。具有體積小、功耗低、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點，可根據(jù)實際應用情況對天線增益進行調節(jié)。

  LoRaWAN網(wǎng)絡架構是一個典型的星形拓撲結構，在這個網(wǎng)絡架構中，LoRa網(wǎng)關是一個透明的中繼，連接終端設備和服務器。網(wǎng)關與服務器通過標準IP連接，而終端設備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關通信，所有的節(jié)點均是雙向通信。

  LoRa網(wǎng)關和模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng)，而LoRa模塊間理論上可以點對點輪詢的方式組網(wǎng)，但是點對點輪詢效率要遠遠低于星形網(wǎng)。網(wǎng)關可以實現(xiàn)多通道并行接收,同時處理多路信號，這大大增加了網(wǎng)絡容量。采用Lora也可以實現(xiàn)測距和定位。LPWAN的電池使用壽命較長，對于那些需要發(fā)送少量數(shù)據(jù)的傳感器和應用而言是真正做到了低功耗。

  定位和測距

  LoRa測量距離是根據(jù)傳輸信號的空中傳輸時間而不是接收信號強度RSSI值，定位則可根據(jù)多點(網(wǎng)關)對一點(終端)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m。

  LoRa的頻段選擇

  按理論來說，可以使用150 MHz 到 1 GHz頻段中的任何頻率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的頻段都可以使用，在常用頻段(如433MHz，470MHz~510MHz，780MHz以及歐美常用的868MHz和915MHz都屬于常用頻段)以外的一些頻率并不能很好的支持。AUGTEK主導LoRaWAN 470~510MHz協(xié)議標準的制定，目前在中國提供470-510MHz頻段網(wǎng)關。

  LoRa的優(yōu)勢

  主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

  1、大大的改善了接收的靈敏度，降低了功耗。

  高達157db的鏈路預算使其通信距離可達15公里(與環(huán)境有關)。其接收電流僅10mA，睡眠電流200nA，這大大延遲了電池的使用壽命。

  2、基于該技術的網(wǎng)關/集中器支持多信道多數(shù)據(jù)速率的并行處理，系統(tǒng)容量大。

  如圖2所示，網(wǎng)關是節(jié)點與IP網(wǎng)絡之間的橋梁(通過2G/3G/4G或者Ethernet)。每個網(wǎng)關每天可以處理500萬次各節(jié)點之間的通信(假設每次發(fā)送10Bytes，網(wǎng)絡占用率10%)。如果把網(wǎng)關安裝在現(xiàn)有移動通信基站的位置，發(fā)射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達10公里。

  3、基于終端和集中器/網(wǎng)關的系統(tǒng)可以支持測距和定位。

  LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時間而非傳統(tǒng)的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位則基于多點(網(wǎng)關)對一點(節(jié)點)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m(假設10km的范圍)。

  這些關鍵特征使得 LoRa技術非常適用于要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應用和領域。

  LoRa網(wǎng)關

  LoRa網(wǎng)關位處LoRa星形網(wǎng)絡的核心位置，是終端和服務器(Server)間的信息橋梁，是多信道的收發(fā)機。LoRa網(wǎng)關有時又被稱為LoRa基站或LoRa集中器，雖然定義不同，但其實是同一含義。

  LoRa網(wǎng)關使用不同的擴頻因子，不同的擴頻因子兩兩正交因而理論上可以在同一信道中對多條不同擴頻因子的信號進行解調。網(wǎng)關與網(wǎng)絡服務器間通過標準IP進行連接，終端通過單跳與一個或多個網(wǎng)關進行通訊，所有的終端通訊都是雙向通訊，同時也支持軟件遠程升級等。以下幾個網(wǎng)關的幾個重要的特點：

  (1)網(wǎng)關的分類：目前來說，定義不同，網(wǎng)關類型也不同。

  例如，

  按照應用場景不同可分為為室內型網(wǎng)關和室外型網(wǎng)關;

  按照通訊方式不同可分為全雙工網(wǎng)關和半雙工網(wǎng)關;

  而按照設計標準不同可分為完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關和不完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關。

  AUGTEK新一代網(wǎng)關為室外型，全雙工，并且完全符合LoRaWAN協(xié)議。完全符合LoRaWAN協(xié)議的LoRa網(wǎng)關及LoRa終端能夠實現(xiàn)互聯(lián)互通，這具有很大意義。

  (2)網(wǎng)關的容量：網(wǎng)關容量是指在一定時間內網(wǎng)關接收數(shù)據(jù)包數(shù)量的能力。理論上來說，單個SX1301芯片擁有8個信道，在完全符合LoRaWAN協(xié)議的情況下最多每天能接收1500萬個數(shù)據(jù)包。如果某應用發(fā)包頻率為1包/小時，單個SX1301芯片構成的網(wǎng)關能接入62500個終端節(jié)點。當然，這只是一個理論值，網(wǎng)關接入終端數(shù)量最終還是與網(wǎng)關信道數(shù)量、終端發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)和擴頻因子息息相關。

  (3)網(wǎng)關接入點決定因素：LoRa網(wǎng)關接入的節(jié)點數(shù)取決于LoRa網(wǎng)關所能提供的信道資源以及單個LoRa終端占用的信道資源。LoRa網(wǎng)關如果采用Semtech標準參考設計，網(wǎng)關采用SX1301芯片，那么信道數(shù)是固定的8個上行信道1個下行信道。物理信道數(shù)確定了， LoRa網(wǎng)關所能提供的信道資源也就確定了。(網(wǎng)關設計不同，信道數(shù)不同，AUGTEK網(wǎng)關能實現(xiàn)8個上行，4個下行。)單個LoRa終端占用的信道資源與終端占用信道的時間一致，也就與終端的發(fā)包頻率、發(fā)包字節(jié)數(shù)以及LoRa終端的擴頻因子息息相關。當LoRa終端的發(fā)包頻率和發(fā)包字節(jié)數(shù)上升，該終端占據(jù)信道收發(fā)的時間就會增加，就占用了更多的信道資源。而當LoRa終端采用更大的擴頻因子時，信號可以傳的更遠，但是代價是傳遞單位字節(jié)的信息會花費更多的時間。

  除了網(wǎng)關外，我們也需要關注LoRa終端：LoRa終端是LoRa網(wǎng)絡的組成部分，一般由LoRa模塊和傳感器等器件組成。LoRa終端可使用電池供電，能夠遠程定位。每一個符合LoRaWAN協(xié)議的終端都能與符合LoRaWAN的網(wǎng)關直接通訊，從而實現(xiàn)互聯(lián)互通。