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[導(dǎo)讀]▼點擊下方名片,關(guān)注公眾號▼???當前物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展迅速,各種新技術(shù)不斷的被應(yīng)用與實際的解決方案中,這里從這一篇短文開始一塊探討一下物聯(lián)網(wǎng)終端無線通信技術(shù)中的佼佼者-LORA,本篇主要介紹一下Lora到底是啥?相對其它無線通信技術(shù)有啥優(yōu)缺點?實際的應(yīng)用場景是啥?01LoRa是啥?...

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? ? ? 當前物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展迅速,各種新技術(shù)不斷的被應(yīng)用與實際的解決方案中,這里從這一篇短文開始一塊探討一下物聯(lián)網(wǎng)終端無線通信技術(shù)中的佼佼者-LORA,本篇主要介紹一下Lora到底是啥?相對其它無線通信技術(shù)有啥優(yōu)缺點?實際的應(yīng)用場景是啥?


01


LoRa是啥?



? ? ? Lora的英文全稱是Long Range,取得兩個單詞的前兩個字母組成,從字面意思可以理解到是一種長距離通信技術(shù),其工作在免費的工作頻段(即非授權(quán)頻段),包括433MHz、470MHz、868MHz、915MHz等。使用時不需要申請,在我國實際解決方案中使用最多的頻段主要在410MHz-510MHz,按照1MHz間隔一個信道去算,能夠支持100多個信道,實際可以縮短信道之間的間隔,擴寬頻段來增加信道的數(shù)量。

? ? ? Lora在我們的實際應(yīng)用中共有兩種方式,我把它們分為組網(wǎng)模式和非組網(wǎng),組網(wǎng)主要以星型網(wǎng)絡(luò)為主的網(wǎng)關(guān)帶節(jié)點的通信方式,lorawan也是其中一種,后面會專門講解Lora完的相關(guān)知識;非組網(wǎng)模式主要是點對點,也就是單個lora設(shè)備和單個Lora設(shè)備建立的通信方式。當然還有不同的用法,前面我說的兩種用法只是使用場景最多的兩種方式。

? ? ? LoRa因其功耗低、傳輸距離遠、組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合,因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流等多個垂直行業(yè),前景廣闊。

? ? ? LoRa基本技術(shù)指標如下:

  • 傳輸距離:城鎮(zhèn)可達5km,郊區(qū)可達15km。

    ·工作頻率:ISM頻段包括433MHz、470MHz、868MHz、915MHz等。

    ·標準:IEEE 802.15.4g、LoRaWAN。

    ·調(diào)制方式:基于擴頻技術(shù),CSS的一個變種,具有前向糾錯能力。

  • 容量:一個lora網(wǎng)關(guān)可以連接成千上萬個節(jié)點。

  • 電池壽命:長達十年。

  • 安全:AES128位加密。

  • 傳輸速率:18b/s~62.5kb/s.

? ? ? 上述的是semtech官方給的參考值,根據(jù)我們的實際應(yīng)用反饋,在城市環(huán)境,相對空曠的路段,22dbm發(fā)射功率最慢速率傳輸最大距離超過5km,30dbm發(fā)射功率相同環(huán)境能傳輸8km左右。傳輸速率整體偏低,這與lora的獨特調(diào)制方式相關(guān),后面我們會詳細介紹lora的調(diào)制方式。

? ? ? 總結(jié)一下:lora就是一種具有低功耗、長距離傳輸特性的無線技術(shù),其中實現(xiàn)長距離的最關(guān)鍵一個指標就是高接收靈敏度,對該詞匯不了解的可以問一下度娘,這個作業(yè)就布置給大家了,可以對比下面的圖進行比較一下幾種技術(shù)的靈敏度。



02


LoRa相比其他無線技術(shù)有啥優(yōu)缺點?



? ? ? 無線通信技術(shù)較多,這里我們主要列舉幾種物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域用到較多的無線通信技術(shù)來作比較:藍牙、wifi、NFC、zigbee、UWB。

藍牙? ?

? ? ? 藍牙(Bluetooth)是一種無線技術(shù)標準,可實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇、個人之間的 短距離數(shù)據(jù)交換(使用2.4~2.48GHz的ISM波段的UHF無線電波)。藍牙可連接多個 設(shè)備,克服了數(shù)據(jù)同步的難題。從音頻傳輸、圖文傳輸、視頻傳輸,再到以低功耗為主的物聯(lián) 網(wǎng)傳輸,藍牙應(yīng)用的場景也越來越廣。

目前藍牙的協(xié)議經(jīng)過多年的發(fā)展,從我們熟知的藍牙協(xié)議3.0、4.0發(fā)展到現(xiàn)在的5.0協(xié)議,最新小版本協(xié)議應(yīng)該已經(jīng)到了5.3協(xié)議,藍牙協(xié)議發(fā)展到5代后,在低功耗模式下具備更快更遠的傳輸能力,傳輸速率是上代技術(shù)的2倍(速率上限為2Mb/s),有效傳輸距離是上一代技術(shù)的4倍(理論上可達300m),數(shù)據(jù)包容量更是上一代技術(shù)的8倍。同時,為了更好地服務(wù)物聯(lián)網(wǎng),藍牙技術(shù)發(fā)展了一套Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),有別于傳統(tǒng)的藍牙連接的“一對一”配對,Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠使設(shè)備實現(xiàn)“多對多”的關(guān)系。

WiFi? ?

? ? ? Wifi是我們目前最常見的一種無線技術(shù),我們常用的手機、pc、智能音箱等設(shè)備都支持wifi技術(shù)。人們目前所使用的WiFi標準是由最早于1997年發(fā)布的802.11b演變而來, 802. 11b的速率僅為2Mb/s, 1999年提出的802. 11g將速率提升至11Mb/s目前最新的802. 11ax( Wi—Fi 6)理論最大速率為10Gb/s左右。

? ? ? 傳統(tǒng)的Wi—Fi使用2.4GHz頻段,隨著使用2.4GHz頻段的設(shè)備越來越多,比如上面說到的藍牙技術(shù)就是2.4GHz頻率,相互之間干擾增強,因此第五代Wi—Fi技術(shù)研制了運行在5GHz以上的高頻段。理論上5GHz頻段相較2.4GHz速率更高,但兩者各有優(yōu)缺點。2. 4GHz穿墻衰減更少,傳播距離更遠,但使用設(shè)備多,干擾大;5GHz網(wǎng)速更穩(wěn)定,速率更高,但穿墻等衰減大,覆蓋距離小。對于5GHz頻率可以做一個試驗,使用pc下載文件,會發(fā)現(xiàn)靠近路由器很近的時候速率非??欤嚯x稍微拉遠一點就會變慢很多,相對2.4GHz效果會比較明顯。

NFC? ?

? ? ?NFC (Near-Field Communication,近場通信)是一種短距高頻的無線電技術(shù),屬于 RFID技術(shù)的一種,該技術(shù)是我接觸最早的一種技術(shù),記得初中時食堂的飯卡就是使用的這種技術(shù),該技術(shù)工作頻率在13. 56MHz,有效工作距離在20cm以內(nèi)。其傳輸速率有 106k/s.212b/s或者424kb/s三種。較近的傳輸距離幫助我們防止同學盜刷我們的飯卡了。

? ? ? NFC技術(shù)存在很多優(yōu)點,例如通信保密性好、無功耗、方案的成本較低等,尤其NFC能夠通過 簡單的碰觸瞬間完成連接。在整合至IoT設(shè)備中 之后,可以通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)收集與用戶有關(guān)的習 慣和使用方式等數(shù)據(jù),之后再提供給云端或大數(shù) 據(jù)服務(wù)器做數(shù)據(jù)分析,提高用戶生活質(zhì)量。就像我們使用的泉城一卡通,既可以使用其乘坐公交車,也可以實現(xiàn)乘坐地鐵,所有的數(shù)據(jù)都會通過刷卡機上傳到服務(wù)器進行相關(guān)的操作,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步等功能。NFC技術(shù)的缺點也是相當明顯,通信距離短,數(shù)據(jù)傳輸量小,也限制了近場通信的使用場景,不過隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,NFC會和其它技術(shù)進行深入的融合,從而發(fā)揮其優(yōu)勢,豐富應(yīng)用場景。

Zigbee? ?? ? ??

? ? ? Zigbee是我接觸的第一種組網(wǎng)通信方式,ZigBee是一種可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國流行)3個頻段上的無線連接技術(shù),分別具有最高250kb/s、20kb/s和40kb/s的傳輸速率,它的傳輸距離為10~75m,但可以通過Mesh繼續(xù)增加。

zigbee技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)發(fā)展到了3.0版本,在組網(wǎng)性能上,ZigBee可以構(gòu)造為星狀網(wǎng)絡(luò)或者點對點對等網(wǎng)絡(luò),廣泛的應(yīng)用于智慧醫(yī)療、智能家居等領(lǐng)域。

UWB? ?? ??

? ? ? UWB是一種超寬帶技術(shù),是近年來新興的一項全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的無線通信新技術(shù)。它無須使用傳統(tǒng)通信體制中的載波,而是通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以 下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),從而具有3.1~10.6GHz量級的帶寬。通過在較寬的頻譜上傳 送極低功率的信號,UWB能在10m左右的范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)百兆比特每秒至數(shù)吉比特每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。?除了高傳輸速率外,UWB技術(shù)還有發(fā)射功率較低、穿透能力較強、抗干擾性能強等優(yōu)點,在室內(nèi)定位領(lǐng)域可得到較為精確的結(jié)果,廣泛應(yīng)用于小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁、 地面和身體的雷達和圖像系統(tǒng)中。

我曾經(jīng)用uwb技術(shù)做過一個定位系統(tǒng),該系統(tǒng)主要有3個基站和1個標簽,標簽放置在AGV小車上,同UWB的定位功能可以實現(xiàn)AGV小車在區(qū)域內(nèi)的精確定位,經(jīng)過多次試驗確認其測距的精度最小10cm,且容易受到旁邊鐵皮的影響,,基站的擺放位置也是影響因素。

? ? ? 上面已經(jīng)介紹完了5種技術(shù),下面進行了總結(jié),通過列出的參數(shù)對比一下第一節(jié)中介紹lora可以清晰知道孰優(yōu)孰劣。

? ? ? 在低功耗、長距離通信的應(yīng)用場景中,lora技術(shù)與其它技術(shù)打擂臺的話,應(yīng)該是直接KO.



03


LoRa實際應(yīng)用場景是啥?



? ? ? 在說我們實際應(yīng)用場景之前,先拋出一個問題,那就是lora到底能傳多遠,第一節(jié)中說到的都是城鎮(zhèn)、地面空曠,那如果是在太空中呢?其實現(xiàn)在有很多家衛(wèi)星公司吧lora發(fā)射到了近地衛(wèi)星軌道,近地衛(wèi)星軌道的高度一般為600-1600km,在地面上只要使用lorawan的設(shè)備就能接收到lora信號,牛不牛?

再回到我們的實際場景,根據(jù)lora的特點我們總結(jié)出來主要以下3大類場景:


蜂窩信號弱或不可用場景? ?

1)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中的位置跟蹤和動植物健康狀況監(jiān)測:灌溉設(shè)備跟蹤管理等項目由于此類應(yīng)用的環(huán)境多為農(nóng)村或偏僻地區(qū),這里的蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋比較差,且要介入系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備較多,最好的實現(xiàn)方式就是使用LoRa自建網(wǎng)絡(luò)。

2)采礦和石油作業(yè):這個場景所處的地方基本都屬于無人區(qū),環(huán)境偏僻惡劣,缺少人煙,基本沒有移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋,尤其是礦井下等一些有安全要求區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,lora能夠很好的滿足要求。

3)森林火災(zāi)監(jiān)測:森林區(qū)域人煙稀少,且部署蜂窩網(wǎng)基站的成本偏高(需要光纖接人),而架設(shè)LoRa網(wǎng)絡(luò)成本很低且覆蓋范圍廣泛,成本低。

4)環(huán)境監(jiān)測;環(huán)境監(jiān)測的監(jiān)測點種類繁多,有的漂浮在江河中,有的在高山懸崖邊,許多加方便。區(qū)域信號覆蓋較差,而且這些環(huán)境監(jiān)測的傳感器具有一定的分布特性,使用LoRa網(wǎng)絡(luò)會更加方便。


功耗、距離要求嚴格的應(yīng)用???

1)水、氣表:水、氣表一般的工作壽命都要8~10年,尤其是水表在整個生命周期中是無法更換電池的,這就需要超低的功耗,所以LoRa非常適合這樣的應(yīng)用場景。

2)泊車傳感器/鎖具:泊車系統(tǒng)傳感器的電池更換很困難,尤其路內(nèi)停車的地磁傳感器,埋入地下后更換電池成本很高,這就需要有非常好的功耗?,F(xiàn)在市場上絕大多數(shù)的泊車傳感器都是使用LoRa技術(shù)的。

3)門禁、煙感、垃圾監(jiān)測:這類應(yīng)用傳感器都要求輕量級且電池很小,然而需要工作2~3年不更換電池,再加上這類應(yīng)用的工作距離也有一定的要求,LoRa技術(shù)就比較合適。

?4)智能穿戴:智能穿戴對功耗要求嚴格,尤其一些針對戶外的遠距離應(yīng)用,采用LoRa技術(shù)是最佳的選擇。


私有/企業(yè)網(wǎng)絡(luò)???

? ? ? 工業(yè)控制/生產(chǎn)線監(jiān)測:一般的客戶對于生產(chǎn)控制以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理都是非??粗氐模鄶?shù)都會使用私有或企業(yè)物聯(lián)網(wǎng),而LoRa的靈活部署、超強的抗干擾特性(產(chǎn)線的射頻干擾較大)對于智慧工業(yè)的應(yīng)用是非常合適的。

? ? ? 園區(qū)、物業(yè)管理:大量的住宅小區(qū)和商業(yè)地產(chǎn),都對其內(nèi)部管理以及設(shè)施服務(wù)進行升級,而且更希望是自己可以掌控的私有網(wǎng)絡(luò),當前國內(nèi)前幾名的房地產(chǎn)公司均在其物業(yè)采用了LoRa網(wǎng)絡(luò)的覆蓋,對其小區(qū)及商業(yè)地產(chǎn)進行精細化管理。

? ? ? 上面主要就文章開頭提出的三個問題進行了簡單的回答,下一篇我們將對無線的調(diào)制方式進行剖析。

end


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