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华普微提醒您,LoRaWAN 的春天到了!

发布日期:2017-3-30

 

     近年来,物联网需求应用正在指数级飞速增长。基于不同的应用场景,物联网产品选择方案时,需要考虑许多因素,例如节点成本,网络成本,电池寿命,数据传输速率(吞吐率),延迟,移动性,网络覆盖范围以及部署类型等。其中Lora方案的特别优势也逐步凸显出来。

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       LoRa工作在1GHz以下的非授权频段,故在应用时不需要额外付费。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通信是最优的选择,因为天线的实际尺寸和效率是具有相当优势的。LoRaWAN使用免费的非授权频段,并且是异步通信协议,对于电池供电和低成本是最佳的选择。

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        LoRa产业链一个突出优点是每个环节的成员都掌握着自主性,一些大公司正在计划创造一种混合型的商业模型来部署网络和应用。不像NB-IoT产业链,会受到频段、运营商等限制。

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      LoRa技术的强项是远距离技术。单个基站或网关能覆盖整个城市或近百平方公里。最远距离取决于环境或给定距离内的阻碍,但LoRa和LoRaWAN的链接预算优于任何其他标准通信技术。链接预算,通常由dB给定,是决定特定环境下的通信范围的首要因素。在最小数量基站的前提下,整个城市被轻松覆盖。 

 

      对终端节点来说,LoRaWAN协议更简单,而且使用免费,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。

      现阶段对于一部手机的税费大概是5美元,但这对于物联网设备来说显得太昂贵了,而且如果贸然的降低税费会引起手机等移动通信市场的价格混乱。所以3GPP组织如何权衡IoT和移动通信两方面税费问题也个大问题。 由于LoRa联盟没有过多版权和税费的限制,使得在LoRa产业链下模块可以做到较低成本。LoRaWAN部署花费更少,因为可以利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。

 

远距离(LoRa)

 

       LoRa技术的强项是远距离技术。单个基站或网关能覆盖整个城市或近百平方公里。最远距离取决于环境或给定距离内的阻碍,但LoRa和LoRaWAN的链接预算优于任何其他标准通信技术。链接预算,通常由dB给定,是决定特定环境下的通信范围的首要因素。在最小数量基站的前提下,整个城市被轻松覆盖。 

 

电池寿命 

 

    LoRaWAN网络中的节点准备发送数据时,他们之间的通信是异步的,无论是事件驱动型还是调度型。这种类型的协议可以参考aloha方式。在一个mesh网络或一个同步网络中,例如蜂窝网,节点需要频繁唤醒自己以保持与网络的同步并检查消息。这种同步消耗很多能量且是电池寿命降低的第一驱动因素。在最近的研究和由GSMA完成的比较中,LoRaWAN是所有其他技术的电池寿命的3到5倍。

 

网络容量 

      为了使星型网络在远距离可用,网关必须有一个非常高的容量或能够从非常多的节点接收数据。

      LoRaWAN网络的高网络容量依靠的是使用自适应数据率和在网关上使用一个多通道多模收发器,因此在多个通道上的同步消息都能被接收到。影响有效容量的最重要因素是同时存在的通道数量,数据率,净荷长度和节点传输频次。因为LoRa是基于扩频调制,当不同扩展因子在使用时,信号彼此是正交的。当扩展因子改变时,有效数据率也改变了。网关利用这个属性以同时在相同信道接收多个不同的数据率。

       如果节点有一个好的连接且靠近网关,它没有必要总是使用最低数据速率且占据比其所需的频谱更高的频谱。依靠提高数据率,数据在空中传输时间被缩短了,其潜在地提升了其他节点传输数据的空间。自适应数据率也优化了节点的电池寿命。为了使自适应速率生效,需要对等向上和向下链接。

      这些特性允许LoRaWAN网络有一个非常高的容量且使网络更可靠。一个网络可以部署最少所需的基础设施,如果需要更多容量,可以增加网关,使得容量扩大6到8倍。其他方案没有LoRaWAN的可靠性,因为技术权衡限制了向下链接容量或是向下链接距离与向上链接距离不对等。

 

应用举例

     一般来说,LoRa方案适合低成本、远距离的数据传输,以及要求低功耗以充分延长电池使用寿命,减少人工维护及设备更换成本。

 

智慧农业

         对农业来说,低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义,这些传感器需要定期地上传数据。LoRa十分适用于这样的场景。而且很多偏远的农场或者耕地并没有覆盖蜂窝网络,更不用说4G/LTE了。

自动化制造

           工厂机器的运行需要实时的监控,不仅可以保证生产效率而且通过远程监控可以提高人工效率。在工厂的自动化制造和生产中,有许多不同类型的传感器和设备。一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态,LoRa便是合理的选择。 

 

智能建筑

         对于建筑的改造,加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传,方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量,同时便携式的家庭式网关便可以满足需要。所以该场景LoRa是比较合适的选择。

物流追踪

 

        追踪或者定位市场的一个重要的需求就是终端的电池使用寿命。物流追踪可以作为混合型部署的实际案例。物流企业可以根据定位的需要在需要场所部网,可以是仓库或者运输车辆上,这时便携式的基站便派上了用场。LoRa可以提供这样的部署方案。同时LoRa有一个特点,在高速移动时通信更稳定。出于以上的考虑,LoRa更适合于物流追踪。

 

 

华普微目前已可提供多款低成本、技术相对成熟的LoRa 双向收发模块,如RFM95/95P, RFM96,RFM98/98P 等等。工作频段可支持从433~915MHz;全部支持SPI接口;同时,成套的LoRaWan产品,也呼之欲出,将很快导入市场,为客户及业界相关应用方案,提供更有力支持。

 

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