机智云物联网技术科普：一文看懂LoRa物联网！

Kara

机智云物联网技术科普：一文看懂LoRa物联网！

什么是LoRa和LoRaWAN?

LoRa是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制， 基于CSS调制技术（Chirp Spread Spectrum）的LoRa技术相较于传统的FSK技术，能极大地增加通讯范围，且CSS技术数十年已经广受军事和空间通讯所采用，具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计一套通讯协议和系统架构。它是一种媒体访问控制（MAC）层协议。LoRaWAN在整个流程的中充当MAC的功能，而LoRa调制充当物理层。

简单来说，单个网关或者基站可以覆盖整座城市或几百平方千米的范围，范围也取决于所使用位置的环境和干扰情况，但LoRa和LoRaWAN相比于其他标准通讯技术有着更好的链路预算，它通常以db表示，是决定指定环境传输范围的关键因子，下图是部署在柏林的LoRa网络的覆盖情况。

什么物联网场景用LoRa？

在偏远地区，如果没有NB-IoT信号，那么就更适合用LORA了。例如高原地区的牛羊定位管理，养牦牛的或者是养跑山猪的。或者是物联网设备很密集的地方，LORA也会比NB更便宜。例如智慧小区、智慧园区等等。

常见的Lora组网方式

最常见的局域网的组网方式是形状组网。

星状组网是由中心节点和终端节点组成。如上图，中间的黑色圈就是中心节点，外部的小圆圈属于终端节点。

中心节点：就相当的一个网关，也是数据的处理中心。

终点节点: 就相当于探测器配件，诸如遥控器，无线门磁，烟感，燃气探测器等

LoRa为什么功耗低？

　　LoRa之所以功耗比NB-IoT低，是因为极少发射数据。

　　就像两个人相距100米站着，你对别人喊话的时候要扯着嗓子吼，听的时候只需要静静的听，喊话的肯定比听话的累多了。

　　无线网络传输也一样，发送数据的时候比接收数据的时候功耗大的多。例如LoRa发射的工作电流超过100mA，接收的工作电流仅10mA。

　　这里讲的发射和和接收，不只是数据的上行和下行，还包括了“心跳包”内部的上行和下行。

　　NB就像两个人对话：一人说“告诉你一件事情，xxx”，另一人回答“好的，我听到了”。双方都在说话（发射数据）。

　　而LoRa就像两个人约定好时间，一人说“告诉你一件事情，xxx”，另一人只听，但不吭声。

　　NB-IoT和2G 4G一样，是设备端主动去询问基站，问“我在线，你有没有需要发给我的数据？” 这个过程中就需要设备端发射数据出去。

　　而LoRa不需要这一步，LoRa会和基站约定一个时间窗口，时间一到，基站只管说，终端只管听。这就是LoRa功耗低的核心原因。

　　双方都约定“10分钟后”开始沟通，双方各自的手表准不准，就很关键了。于是LoRa终端和基站需要定期“对时间”，（通过beacon）。

　　基站“讲话”了，终端有没有“听到”？如果基站需要知道终端有没有收到下行信息，就需要终端上行一个反馈信息。

　　这些技术细节网上资料很多，就不赘述了。

LoRa的三个工作模式

　　LoRa的工作模式和NB-IoT类似。

　　LoRa Class-A，等同于NB-IoT PSM模式。物联网终端要主动发消息给基站，基站才能找得到终端，并且下发控制指令。

Class-A 终端发数据的时候才能接收

　　LoRa Class-B，等同于NB-IoT的eDRX模式。物联网终端隔一小段时间联系一次基站，此时基站才能找得到终端，并下发控制指令。

Class-B 终端定期接收（一般是几十秒一次）

　　LoRa Class-C，等同于NB-IoT的DRX模式或socket长连接。物联网终端和基站之间一直保持紧密联系，基站随时都能给终端下发控制指令。

Class-C 终端随时都可以接收，功耗大

根据应用场景选择LoRa工作模式

　　不需要实时控制终端设备的，选择Class-A。省电，一节电池能用几年。例如智能水表、气表、智能井盖、智能垃圾箱等

　　需要实时控制终端设备的，且延迟几十秒也无所谓的，选择Class-B。省电和控制取个均衡。一节电池也能用半年。例如路灯控制、牛羊定位器、农林大棚控制等。

　　需要实时控制终端设备，且对延迟要求比较高的，选择Class-C，老老实实接电源吧。话说这种情况也不是LoRa的主打应用场景，用的很少。

如何快速搭建LoRa物联网系统？

　　LoRaWan现在已经很成熟了，从传输模块到基站到LoRa云服务一整套可以打包获取。

　　开发者只需要用MCU挂载LoRa传输模块，就可以通过LoRa云服务器收取MCU的上行数据、下发控制指令。

　　和NB-IoT几乎一模一样：MCU挂载NB模块，从运营商的服务器收取MCU的上行数据、下发控制指令。

　　两者的区别：LoRa需要自己买基站、NB需要自己去买sim卡。

举个例子:使用机智云GL600 Lora网关、GM600 LoRa网关进行组网。

LoRa网关GL600、GM600采用嵌入式Linux 系统进行全新架构和设计，方便维护更新和应用定制化开发。

网关的主要功能和特性如下。

1、支持Wi-Fi、485串口通信、4G、5G全网通，智能选择通信方式

2、支持48通道，节点数1000+，最高可扩展至65535

3、支持传感器子设备多网关漫游

4、预留多种调试接口，方便维护

5、免开发快速接入后台，实现设备监控

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