Lora网络结构示意 成为全球物联网网络的无线传输技术

2021-01-11 11:40:42

1、LoRa是什么

LoRa(long range的缩写)是一种由chirp扩频(CSS)技术发展而来的扩频调制技术。是一种远程、低功耗的无线平台,已成为全球物联网(IoT)网络的无线传输技术。

2、LoRa技术的特点

LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一,LoRa网络规范有LoRa物理层技术(非开放技术由semtech提供)和LoRAWAN(MAC多媒体接入层)开放层协议。

3、LoRaWAN是什么?

LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。

LoRaWAN的网络实体分为四个部分: 终端节点、网关、LoRaWAN服务器和用户服务器。

End Node: 终端节点一般是各类传感器,进行数据采集,开关控制等。

Gateway: LoRa网关,对收集到的节点数据进行封装转发。

NetworkServer:主要负责上下行数据包的完整性校验。

ApplicationServer: 主要负责OTAA设备的入网激活,应用数据的加解密。

CustomerServer: 从AS中接收来自节点的数据,进行业务逻辑处理,通过AS提供的API接口向节点发送数据。

3.1 LoRa协议层次

Application,MAC,Modulation,其中Application为应用层,用户自定义的基于LoRaWAN技术的应用程序、软件接口等。常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议,协议定义的终端类型有ClassA、ClassB、ClassC三种类型。

Class A

双向(双工)通信终端设备。终端设备允许双向通信,即可以理解成全双工通信。每个终端设备的上行传输会伴随到两个下行接收窗口。终端设备的传输通道是基于其自身通信要求,微调是基于一个随机的时间基准(ALOHA协议)。A所属的终端设备在应用时功耗最低。

Class B

具有预设接收通道的双向通信终端设备。这类设备会在预设时间中开放剩余的接收窗口,为了实现该目的,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。通过这种方式使服务器清楚终端设备正在接收数据。

Class C

具有最大接收通道的双向通信终端设备,这种终端设备持续开放接收窗口,只在传输时关闭。

4、星型拓扑结构

星型拓扑通过网关将消息中继到中央服务器,每个末端节点将数据传输到多个网关。然后网关将数据转发到网络服务器,在网络服务器上执行冗余检测,安全检查和消息调度。

优势:

跟踪简单。由于终端节点向多个网关发送数据,因此不需要网关到网关的通信。

公共网络。这种没配套成对的关系,让中央服务器来解决冲突问题。更适合布署公共网络。

5、LoRa中继组网

当LoRa设备在实际应用时,有的因为传输距离不够,又要保持网络连接通畅,确保数据正常收发。此时就有中继组网的方式来解决通信距离不够的问题。

中继组网,可以理解成“桥接”的方式,因为距离太远,不能一次完成数据的正常收发。在其发送和接收中间配置一台设备,将此设备配置成中继模式,此时就将之前太远的距离拆分两部分,实现完美的数据传输“桥接”功能。

在中继过程中,只需要将两者的地址,设置融入到“桥接”者设备中,即两者的地址可以采用高低字节合成的方式,最终实现两者的无线桥接网络通信建立成功。

中继可以分成一级中继、二级中继、三级中继. . . 多级中继。按照此中继方式,理论上可以无限制距离传输数据。

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