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LoRa物联网的架构

前言:时隔一个月再次更新文章,从本篇文章开始,将开始一个系列,从0到1搭建LoRa物联网。

什么是LoRa?

LoRa是Lang Range的简称,属于LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网)通信技术的一种,由美国Semtech(升特)公司2013年发布和推广的一种基于扩频技术的超远距离、低功耗无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗相矛盾的问题,为用户提供一种简单的能实现超远距离、长电池寿命的无线技术。LoRa的频率范围从137MHz到1020MHz,LoRa 主要在全球免费频段运行,如169MHz、433MHz、868MHz和915MHz。由于LoRa独特的调制技术,接收灵敏度可达-148dBm,有168dB的链路预算。因此传输距离很远,在城镇可达3-5 Km , 郊区可达15 Km 以上。而其最大发射电流只有150mA左右,连续接收电流12mA左右,非常适合各种低功耗、远距离传输的应用场景。而其远距离、低功耗、低成本的特性,也得到业界的广泛认可。

LoRa物联网的分类

LoRa物联网的架构主要分为三大类:LoRaWAN、LinkWAN、私有协议。 LoRaWAN:是由LoRa联盟制定的基于LoRa的网络通信协议和系统架构。凡是符合这个协议和和系统架构的都LoRaWAN;

LinkWAN:是阿里在LoRaWAN的基础进行了修改,网络架构还和LoRaWAN是一样的,仅仅支持470-510Mhz频段;

私有协议:不符合上面两种的都归为私有协议,例如市面上一些点对点、mesh网络等。

LoRaWAN的网络架构

可以看到LoRaWAN网络由四部分构成:

End Nodes:终端节点,一般基于SX127x、SX126x开发,终端设备根据下行窗口打开的时间分为为A、B、C三类,其中A类最省电,B类次之,C类最耗电。典型应用烟雾监测、温湿度监控、宠物追踪等、路灯控制等。

Concentrator/Gateway:集中器或网关,基于SX1301/2/8开发,上行8额通道、下行一个通道,一般SX1301/2用于室外网关,SX1308用于室内网关,不过这三款芯片的价格比较贵,因此也会基于SX127x、SX126x开发低成本的单通道网关。

Network Server:网络服务器,负责终端入网、数据加解密、设备管理等核心功能。典型的服务器有chirpstack、thethingsnetwork、loriot、还有腾讯云物联网平台等,当然也可以自己开发。其中chirpstack开放源代码,支持自己私有部署;thethingsnetwork上面运行了上万台网关,分布在全球150多个国家和地区;loriot是一个商用Network Server,在深圳有服务器;腾讯云物联网平台目前可以免费使用。

Application Server:应用服务器,典型应用web监控管理平台等,当然也可以是手机app,Network Server与Application Serve之间的交互,上面提到的chirpstack、thethingsnetwork都提供了api,Application Serve可以通过api管理设备、获取数据等。

从面可以看出:终端节点和网关之间主要是无线射频方式交互,一个网关可以与多个节点交互,从这也可以看出来,LoRaWAN是星型(star)网络;网关与网络服务器、网络服务器与应用服务器之间是TCP/IP方式交互。数据在整个网络传输期间是AES加密的。

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本文分享自微信公众号 - 物联网思考(everythinglink),作者:everythinglink

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原始发表时间:2020-07-23

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