LoRa优缺点及其网络架构

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LoRa 是LPWAN通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。

许多传统的无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层,因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。

而LoRa 则是基于线性调频扩频调制,它保持了像 FSK 调制相同的低功耗特性,也明显地增加了通信距离。

LoRa技术本身拥有超高的接收灵敏度和超强的信噪比。 LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。除此之外,它还使用了跳频技术,可以通过伪随机码序列进行频移键控,使载波频率不断跳变而扩展频谱,防止定频干扰。

LoRa拥有前所未有的性能,这也意味着,它的使用范围将会更广。

LoRa的优缺点:

优点:

LoRa网络具有传输距离远,工作功耗低,组网节点多,抗干扰性强,低成本等特点。

传输距离远:灵敏度-148dBm,通讯距离可达几千米

工作能耗低:Aloha方法有数据时才连接,电池可工作几年

组网节点多:组网方式灵活,可以连接多个节点

抗干扰性强:协议里面有LBT的功能,基于aloha的方式,有自动的频点跳转和速率自适应功能

低成本:非授权频谱,节点/终端成本低

缺点:

LoRa网络有诸多优点,但也有一定缺点。

频谱干扰:随着LoRa的不断发展,LoRa设备和网络部署不断增多,相互之间会出现一定的频谱干扰。

需要新建网络:LoRa在布设过程中,需要用户自己组建网络。

有效负载较小:LoRa传输数据有效负载比较小,有字节限制。

LoRa网络架构

LoRa网络主要由终端(可内置LoRa模块)、网关(或称基站)、网络服务器以及应用服务器组成。应用数据可双向传输。

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构,在这个网络架构中,LoRa网关是一个透明传输的中继,连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关之间均是双向通信。

LoRa终端设备

LoRa的终端节点可以是各种设备,比如水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接,再通过4G网络或者以太网络,连接到网络服务器中。LoRa网关与网络服务器之间通过TCP/IP协议通信。

LoRa网络将终端设备划分成A/B/C三类:

Class A:双向通信终端设备。这类终端设备允许双向通信,每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输时隙是基于其自身通信需求,其微调基于ALOHA协议。

Class A设备的功耗最低,基站下行通信只能在终端上行通信之后。

Class B :具有预设接收时隙的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口,为了达到这一目的,终端设备会同步从网关接收一个Beacon,通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。

Class B终端可以使基站知道终端正在接收数据。

Class C:具有最大接收窗口的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口,只在传输时关闭。

Class C设备拥有最长的接收窗口,也最耗电。

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