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LPWAN,一种超远距离、超低功耗的物联网络

添加时间:2018-05-05 14:41:32

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LoRaWAN

LoRaWAN是一种低功耗广域网规范,基于MAC层定义,面向物联网应用。该规范主要使用LoRa调制解调支持大多数的物联网应用。


LoRaWAN规范解决了广阔的物联网市场所带来的挑战,其特性包括:

 

双向性:任何的LPWAN技术提供完全双向通信是关键的;任何设备都能够向网络报告(称为UpLink消息),还可以由网络(称为DownLink消息)来控制。 这在许多方面是有意义的,例如设备的配置入网(onboarding)、网络管理和许多需要用到应答(Acknowledgement )或设备执行机构的其他应用。

 

安全性:分析师预估到2020年将会有数十亿的连接设备,保护物联网用户的安全是至关重要的。 LoRaWAN使用与金融行业类似的智能密钥生成机制,提供数据认证以及端到端有效载荷的加密。

 

易于调试:如果今后要将数十亿台设备连接到网络,其配置入网(on‐boarding)的过程应该是无缝的,不需要考虑SIM卡的分发。

 

地理定位:许多物联网应用需要设备位置跟踪。 LoRaWAN使用免GPS的地理定位功能,以合理的成本无缝地规划网络内外的设备漫游。

 

可扩展性:这也是关键。可从数千的终端设备开始部署新的网络;但是,当需要更大容量时,可以增加基础设施最终连接数百万甚至数十亿个终端设备。

 

标准化:通过LoRa联盟,广泛的生态系统合作伙伴都使用相同的标准来创建网络。



LoRaWAN架构


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总体架构一共分为4部分:

LoRaWAN从底层到最后用户拿到数据的通讯过程通讯大致可分为三段:

LoRa联盟 规定了 MAC层的通讯协议,只有在设备(GW、MOTE)共同遵守的MAC层协议的前提下,不同硬件厂商的设备才能互相接入。


而GW <---> Server以及Server <---> 用户这两层的协议虽然LoRa联盟有所规范,但不同厂商之间可能会存在不同。


Mote/Node 就是节点,在LoRaWAN中,节点一般与传感器连接,负责的就是收集传感数据,然后通过LoRaMAC 协议传输给Gateway。


Gateway也就是网关,主要负责将节点的数据传输给服务器,也就是完成数据从LoRa方式到网络方式的转换,其中Gateway并不对数据做处理,只是负责将数据打包封装,然后传输给server(服务器)。


按照LoRaWAN的规定,Server又分为四部分--NS(Network server)、AS(Application server)、CS(Customer server)、NC(Network controller)


用户一般只的是直观使用这个数据的人,一般是APP或者其他客户端方式,从服务器获取数据。



LPWAN与LoraWAN的关系


LPWAN或称LPN,全称为LowPower Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络强调低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。因为低功耗与低速率的特点,这种网络与其他用于商业,个人数据共享的无线网络(如WiFi,蓝牙等)有着鲜明的区别。


应用中,LPWAN可使用集中器组建为私有网络,也可利用网关连到公有网络上去。


LPWAN因为跟LoRaWAN名字类似,再加上最近的LoRaWAN在IoT领域引起的热潮,使得不少人对这两个概念有所混淆。事实上LoRaWAN仅仅是LPWAN的一种,还有几种类似的技术在与LoRaWAN进行竞争。


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 LPWAN与其他无线网络相比


概括来讲,LPWAN具有如下特点:

  • 双向通信,有应答

  • 星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁)

  • 低数据速率

  • 低成本

  • 非常长的电池使用时间

  • 通信距离较远


LPWAN适合的应用:

  •  IoT,M2M

  • 工业自动化

  • 低功耗应用

  • 电池供电的传感器

  • 智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等



LoraWAN与Lora的关系


同样是因为名字类似,不少人将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。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。


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 LoraWAN网络分层(图中物理层使用Lora,但是要注意物理层与MAC层独立,至于无线频段,图中使用的ISM频段,但从技术角度来讲也可使用其他任何频段)

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