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LoRa设备开发指南【2019.11.27】

2020/10/16 17:46:18 文章标签: lora开发

一、物联网与LPWA是什么关系 根据当前规划,一大部分这些连接会来自固定的短距离应用,例如WiFi、蓝牙、zigbee、Z-Wave等。这些技术非常适合于低功耗的电池寿命不是主要问题的短距离应用。蜂窝连接源自于使用2G、3G/4G网络架构和技术的SIM和/或e-SIM启用…

一、物联网与LPWA是什么关系

根据当前规划,一大部分这些连接会来自固定的短距离应用,例如WiFi、蓝牙、zigbee、Z-Wave等。这些技术非常适合于低功耗的电池寿命不是主要问题的短距离应用。蜂窝连接源自于使用2G、3G/4G网络架构和技术的SIM和/或e-SIM启用设备。由于设备发送和接收数据相对少量数据的低功耗要求,当代蜂窝技术将需要通过蜂窝进化和LPWA(低功耗广区域)技术服务许多新IOT应用来完成。

除了蜂窝进化,新无线IoT互联家族名为‘LPWA’网络也适于支持需要长距离通信(几十公里)的服务和使用案例,来满足为了在一个单一的电池包上远程运行几年所以必须是低功耗预算的设备。这种妥协是LPWA网络技术实现的低数据速率,在LoRa调制中从300bps到5kbps(125kHz带宽)。

二、LoRaWAN自适应数据速率说明

这是一种基于LoRa无线电调制技术
LoRaWAN网络典型地排列为“stars of stars”拓扑结构
网关在端设备和一个中心核心网络服务器之间传递消息,当端设备使用单跳LoRa与一个或者多个网关通信时,所有的网关都通过标准IP连接到服务器上。所有通信天生都是双向的,尽管期望从设备到网络服务器的上行通信是主要用例程和流量模式。
星状网络结构提供长距离通信、天线数量(基站)和设备电池寿命之间最好的妥协。
端设备与网关之间的通信是在不同频率通道和数据速率上展开的。最有数据速率选择是在通信距离和消息持续时间之间的一种妥协。使用不同数据速率的通信并不互相干扰。125kHz带宽下LoRa支持的数据速率范围从300bps到5kbps。
为了最大化每个设备的电池寿命和系统的总体有效容量,LoRa网络架构使用一个自适应数据速率(ADR)计划来管理每个已连接的设备各自的数据速率和RF输出。
端设备会在任意时间、任意有效通道上、使用任意有效数据速率传输,只要遵守以下规则:
端设备为每次传输都以假随机方式变换通道。导致的频率多样性使系统能地域干扰而更键壮。
在EU868 ISM波段,端设备必须遵守最大传输任务周期相对于使用的子波段和本地规定(端设备为1%)。

三、loRaWAN通信画像:类A、类B、类C

类A(来自LoraWAN1.0可用)
类B(将在LoraWAN1.1可用)
类C(自LoraWAN1.0可用)
LoRaWAN使用免授权的频谱,通常ISM(工业的,科学的,医学的)基带来空中通信。在欧洲,ETSI规定ISM基带在868MHz和433MHz基带上访问。这些频带的使用是有局限性的:发报机的输出功率(EIRP)不应超过14dBm或25mW,ETSI依据使用的子带在欧洲强制的任务周期限定为1%(设备的)或10%(网关的)。
来自CSDN

四、13个loRaWAN关键应用

LoRaWAN 用例和市场垂直

  • 设施管理
  • 医疗保健应用
  • 工厂和工业应用
  • 机场服务管理
  • 智能停车
  • 路灯点亮
  • 老人辅助
  • 自行车/车辆跟踪&定位
  • 可穿戴式医疗设备
  • 互联设备:智能玻璃杯
  • 家庭自动化&电器
  • 互联按钮
  • 垃圾管理
  • 来自CSDN

五、LoRaWAN与其他LPWA方案对比

相比于其他的LPWA技术,LoRaWAN协议有几个优势:

  • 数据速率范围从300bps到5kbps(125kHz带宽)和11kbps(250kHz带宽),给予更好的空中时间和电池寿命
  • 通信天生双向的和无限制的(考虑到ISM基带本地规定)
  • 本地有效负载加密
  • 用于TDoA的无需GPS定位
  • 网关的广泛支持:宏网关、室内网关,夹中用PiCO -gateways…
  • 能创建公有和/或私有网络
  • ADR(自适应数据速率)使能了一个可轻松伸缩的网络,因为基站附加会降低平均ADR和在它周围的空间时间,允许更多端节点通信

来自CSDN

六、LoRaWANwuci网络系统架构解析

LoRaWAN无线网络架构
网络消息都是有一个集中网络控制器功能管理的
与Actility LoRaWAN平台关联的Orange,LoRa网络包含网络控制器(LRC服务器),基站(LRRS)和现场物体APIS
LoRaWAN网络系统架构示例
**LoRaWAN网络包括以下关键组件:**基站或网关,也就是熟知的LRR(长距离中继器);LRC(长距离控制器);和用于供应和管理网络系统的OSS(操作系统)
基站(LoRaWAN网关)
宏网关和微网关基站是预先集成到平台来方便LPWA网络用于普通的接口和API推广和供应。
宏网关典型用于公共网络部署来确保城市或全国范围内覆盖。
微网关可部署到人口密集地区以提高网络容量,或改进服务质量参数
核心网服务器(或LRC)
核心网服务器控制着LoRaWAN的虚拟化MAC层,他协调基站与OSS/应用服务器之间的消息(帧)和网络命令(MAC)。服务器实现下载包路由,智能动态基站选择(为最优交通路由)设备授权,重复包去重和自适应数据速率(ADR)功能。为了供应,管理和报告等目的,他与OSS进行交互。
来自CSDN

七、LoRaWAN授权方式与激活方式说明

LoRaWAN网络解决方案有一个基于AES128加密计划和其他已有安全标准例如IEEE 802.15.4/2006 Annex B[IEEE802154]的基线授权和安全框架。

相比于其它依赖于单一秘钥授权和加密的系统,LoRaWAN框架分离了授权和加密,所以Orange能授权包并提供完整性保护。授权和完整性控制使用网络对话秘钥(NwkSKey);用户有效负载加密使用的是应用会话秘钥(AppSKey)。出于监管和安全原因,AppSKey和NwkSKey是由Orange保存的。

NwkSKey和AppSKey是AES-128根秘钥,特别是已由设备制造商或应用所有者分配的端设备。

LoRaWAN核心网服务器解决方案支持2种授权和激活方式,在LoRaWAN规范中有说明:个性化激活(ABP)和空中激活(OTAA)。
来自CSDN

八、LoRa网络活跃对象设备和数据管理

通过暴露APIs和门户接口,活跃对象提供一系列设备和数据管理工具,轻松监控对象、传感器和执行器的状态和数据。活跃对象的主要目标是用IoT应用互联端设备。

当使用Orange LoRa网络时,你的设备产生的所有数据会自动存储在活跃对象管理平台。因为活跃对象是通过网络APIs(REST和MQTT)打开的,你可以轻松地将你的IoT应用插到活跃对象上来接收你的数据。活跃对象也是提供所有设备管理特性的平台,包括用于空中激活的设备供应。

活跃对象当前可用特性如下:

  • 互联接口来收集数据,发送命令或通知从/到IoT设备
  • 设备管理(监督,配置,固件等等)
  • 在设备和IoT应用之间的消息路由
  • 使用高级搜索特性的数据数据存储

九、LoRaWAN五大网路要素

  • LoRaWAN基站或长距离路由器
  • LoRaWAN全方位对比多扇区天线
  • 宏网关基站
  • 网关基站
  • 核心网服务器或长距离控制器(LRC)

来自CSDN

十、LoRa设备的软件架构和硬件架构

硬件架构

  • 可通过电源插入或者电池供电
  • MCU是微控制器,管理所有设备的功能,并实现LoRa栈
  • LoRa无线电是由LoRa传送器组成的,天线匹配电路和天线自身
  • 外部设备可能是像加速计或者温湿度传感器的传感器,或I/O如继电器或显示

根据设计和产品限制,以下几个可用选项可建立LoRa设备:

  • 基于LoRa芯片的设计
  • 基于LoRa模块的设计
  • 基于RF-MCU的设计
  • 基于LoRa调制解调器的设计
  • 具有外部LoRa调制解调器的已有设备

软件架构
通用LoRa设备的软件架构
驱动层提供硬件适配并实现所有驱动程序来管理设备外设。它抽象硬件为暴露给中间件的简单功能
中间件实现了通信协议库(LoRaWAN,6LowPAN…)它实现了复杂驱动程序,像屏幕、GPS驱动等程序。

应用层包含实现了设备行为和功能的所有功能性应用

来自CSDN

十一、LoRa硬件设备一共有几种产品形态?

  • 基于LoRa芯片的设计
  • 基于LoRa模块的设计
  • 基于RF-MCU的设计
  • 基于LoRa调制解调器的设计
  • 具有外部LoRa调制解调器的已有设备

十二、LoRa体系结构的选择要素

LoRa体系结构选择
本地设计与基于模块或调制解调器的体系结构之间的选择主要取决于以下参数:

  • 设备规格的成熟度:可行性测试阶段,市场测试阶段或批量生产阶段
  • 电子和RF(射频)开发技能
  • 开发预算
  • 项目时间表
  • 预期数量和预期市场价格
  • 软件开发资源可用性
  • RF区域(ISM频段)

来自CSDN

十三、一文读懂LoRa天线架构设计

有三种典型的天线:

  1. 针对LoRa频率调整的专用OEM天线
  2. PCB天线
  3. 简单的四分子一波导天线
    来自CSDN

十四、LoRa的五种功率模式和功耗测量

在硬件和软件开发之前必需考虑设备自治要求,因为这两者都可能对功耗产生巨大影响。
从硬件角度来看:

  • MCU的选择
  • 电池选择及电源管理
  • 硬件问题(上拉和下拉电阻,引脚为连接,组件内部mA泄漏)
  • 外围设备的睡眠模式

为了估计电池的使用寿命,必须知道5种主要的消耗模式:

  • 休眠:一切开关都是关闭或者休眠
  • 空闲:除过MCU外,一切都在休眠
  • LoRa Tx:设备正在发送数据
  • LoRa Rx:设备正在侦听或者接收数据
    来自CSDN

十六、LoRaWAN软件与应用程序开发

软件开发项目取决于为设备选择的硬件架构

最简单的情况是LoRa调制解调器架构;

来自CSDN

十七、LoRa应用程序关键特性准则

LoRaWAN协议在端到端应用程序集成期间提供了一些有用的关键特性。以下是基于这些特性的设备制造商的一些准则:

原文链接:https://blog.csdn.net/RAKwirelsss/article/details/91421970

十八、LoRaWAN的激活与天线测试要点

来自CSDN


本文链接: http://www.dtmao.cc/news_show_300126.shtml

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