LoRaWAN 产品简介

最近更新时间:2022-06-10 14:09:41

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网络架构


腾讯云 LoRaWAN 网络架构



频谱策略

请参考工信部于2019年11月28日发布的微功率技术要求《微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求》公告 第四节民用计量仪表的使用要求,具体要求如下:
(四)民用计量仪表 n用于电力、热力、水务、燃气等公用计量业务。在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用,任意时刻限单个信道工作。n民用计量仪表设备应当具备“发射前搜寻”等干扰规避功能,且不能被用户调整或关闭。 n若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时,不得在当地使用;若对当地声音、电视广播接收产生干扰时,应立即停止使用,待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。
1. 使用频率:470-510MHz。
2. 发射功率限值:50mW(e.r.p)。
3. 发射功率谱密度限值:占用带宽小于等于200kHz的,为50mW/200kHz(e.r.p) ; 占用带宽200-500kHz的,为10mW/100kHz(e.r.p)。
4. 单次发射持续时间:不超过1秒。
5. 占用带宽:不大于500kHz。
6. 频率容限:100 × 10-6

注意事项

基于上述要求,使用 LoRaWAN 时应注意以下几点:
1. 单终端及网关设备,不能同时使用两个及以上信道发送数据,但接收数据可以。
2. 发送功率加上天线的增益不能超过 17dBm,即 50mw。
3. 单次发送数据的空中时长 ToA 应不超过1s,根据 semtech 官方提供的 计算公式 计算 ToA。

应用特征

LoRaWAN 并不适用每一种通信应用场景,使用者应根据 LoRaWAN 的特点来适配应用场景。

适用场景

长距离:根据不同的遮挡环境,可以覆盖几公里到几百公里,一般视距可达 10Km。
低功耗:典型场景下使用电池供电可以工作数年的时间。
低成本:通信模组成本可控制在 40RMB 以下,随着时间增长,成本会逐步降低。
低带宽:通信速率 250bits 到 5Kbits 不同的调制方式下均适用(SF7 到 SF12)。
按需部署:不需要依赖运营商的基站,可根据应用需求灵活部署网关。
安全:端到端128位 AES 加密。

不适用场景

实时数据:按秒为单位实时的上传应用数据的场景。
语音通信。
实时及高并发的下行控制场景。
大带宽:大数据包传输场景,LoRaWAN 物理层单个数据帧仅支持 242 字节传输。

关键功能及参数

工作模式

Class A
Class B
Class C
双向传输终端(Class A):Class A 的终端在每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口,以此实现双向传输。终端基于自身通信需求来安排传输时隙,在随机时间的基础上具有较小的变化(即 ALOHA 协议)。Class A 操作为应用提供了最低功耗的终端系统,只要求应用在终端上行传输后的很短时间内进行服务器的下行传输,服务器在其他任何时间进行的下行传输都需要等终端的下一次上行。
划定接收时隙的双向传输终端(Class B):Class B 的终端有更多的接收时隙。除了 Class A 的随机接收窗口,Class B 设备还会在指定时间打开其他的接收窗口。为了让终端可以在指定时间打开接收窗口,终端需要从网关接收时间同步的信标(Beacon),使服务器知晓终端何时处于监听状态。
最大化接收时隙的双向传输终端(Class C):Class C 的终端基本处于一直打开接收窗口的状态,只在发送时短暂关闭。Class C 的终端会比 Class A 和 Class B 更加耗电,但同时从服务器下发给终端的时延也是最短的。
注意:
目前腾讯 LoRaServer 支持 Class A、Class C 两种模式,Class B 暂未支持。

标识符

标识符
说明
DevEUI
64位设备终端标识符,设备唯一。
DevAddr
32位设备地址,设备非唯一。
AppEUI
应用标识符,目前腾讯 LoRaServer 未对 AppEUI 标识限制。
GatewayEUI
网关标识符,设备唯一。
NetID
腾讯使用 LoRaWAN 联盟分配地址前缀0x35(十进制53)。

网络接入模式

空中激活 OTAA
本地激活 ABP
空中激活 OTAA 是目前推荐的连接方式,安全性更高,通过网络执行入网的过程,动态地生产会话密钥及 DevAddr。
本地激活 ABP 接入网络的方式更为简单直接,无需入网流程,通过本地预存的会话密钥进行加解密,但存在一些安全性的问题如重放攻击,因此不推荐使用。
注意:
目前腾讯 LoRaServer 支持 OTAA、ABP 两种网络接入模式,用户需要妥善维护设备的密钥信息。

物理调制方式及速率

物理调制方式

基于 Chirp 扩频技术,LoRaWAN 使用 LoRa 的调制方式,即使在低功率下,也有很好的抗干扰特性,且多径衰弱及多普勒效应对 LoRaWAN 的影响也非常小。LoRaWAN 的速率取决于使用的带宽及扩频因子,目前在中国区可以使用125Khz带宽,SF7到SF12等6种速率,设备端决定使用扩频因子,不同的扩频因子极大的影响传输数据所需的时间和功耗。
注意:
在信号强度满足传输的条件下,请尽可能使用较高速率的扩频因子,以减少设备使用功耗,增加电池使用寿命及增加网关接入设备数量。

自适应速率 ADR

自适应速率 ADR 是一种用于优化网络速率、传输时间和功耗的机制,设备终端具有足够的稳定的信号强度下,需要启用 ADR。
静态终端:当设备长期处于静态状态,例如水表,此时 RF 环境相对稳定,应启用 ADR 功能,确保设备在合适的速率下运行。
移动终端:当设备处于移动的状态,例如包裹跟踪定位器,则在移动的状态下应禁用 ADR,使用固定的速率发送数据,确保数据能够被稳定的接收,当设备检测到设备处于静止的状态,应在此期间开启 ADR。
注意:
终端决定是否使用 ADR 功能,并非由网络或者应用来确定。ADR 开启期间,网络会根据最近多个数据包信号及丢包状态给出合适的速率建议。