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物联网LPWAN劲敌环伺 LoRa强化优势求突围

2018-03-29 10:37
来源: 千家网

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随着物联网(IoT)技术这几年被高度关注,耳熟能详如窄频物联网(NB-IoT)、LTE-M(Long Term Evolution, Category M1)、Wi-SUN及Sigfox等众多的技术与相关推广联盟在市场上争相竞逐,而LoRa技术在全球也有许多的布建与关注,以下针对LoRa技术的发展状况与推广导入做详细的介绍。

网络科技的发展一日千里,伴随着对装置通讯的需求被大量重视,以较少带宽、低功耗、长距离及大量装置连接需求为主所发展的通讯领域长距离低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)有着显著的发展,这些基于免费频段Sub-1GHz运作的技术更是快速兴起。

认识LoRa芯片/LoRaWAN通讯协议

升特(Semtech)于2013年8月宣布推出一系列基于啁啾展频(Chirp Spread Spectrum, CSS)调变的LPWAN芯片取名为LoRa,名称来自英文Long Range的含意缩写,其优异的传输距离令人印象非常深刻。

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图1 频谱分析仪下面各带宽设定的LoRa波形

CSS采用线性调频扩频调制技术,保有原本频率位移键控(Frequency Shift Keying, FSK)技术的低功耗特性但明显地增加了传输距离。主要的特性数据为:极佳的-148dBm接收感度(RF Sensitivity)与168dB的链路预算(Link Budget);射频(RF)输出功率为+14~+20dBm,内建放大器;接收操作电流9.9毫安(mA);支持FSK、开关键控(On-off Keying, OOK)等调变运作;自动射频载波(RF Carrier)侦测;数据传输速率:0.29~37kbps,使用带宽为125k、250k与500kHz(图1)。

同时升特基于推广LoRa应用成立了产业合作与生态系串联的结盟组织LoRa Alliance。目前联盟成员涵盖超过五百家以上的公司。其中包含IBM、思科(Cisco)、Giesecke & Devrient(G&D)、升特、意法半导体(ST)等大型企业,还有Orange、SK、荷兰皇家电信(KPN)、DoCoMo、软件银行(Softbank)、亚太电信等电信业者。联盟主要的工作为制定共通的开放原始码通讯协议LoRaWAN,让各个相关厂商的装置可以互相通讯进而扩大应用的范畴与排除地理位置限制。

两面向拆解LoRaWAN

可以将LoRaWAN技术简单归纳成两个面向:

第一个面向是,从实体网络基础建设布建与装置关系来看。LoRa技术基于星状(Star)的网络拓扑架构(图2),表1则归纳了目前LoRa网络所需的设备与其功能。

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图2 LoRaWAN网络架构

第二个面向为LoRaWAN通讯协议。如表2所示,目前终端装置与网关间的通讯就媒体访问控制(MAC)层的行为模式分为三大类别(Class)。在通讯协议中星状拓扑数据传输方向分为上行(Uplink)与下行(Downlink)。上行代表装置对网关发送数据,反之,下行为网关对装置发送数据。图3简述此三种类别的收发行为。

LoRaWAN装置启动入网方式简介

前面已经说明了装置在做传输时运作的类别,接下来说明LoRaWAN如何接受并启动传输资料的入网机制,此部分可以思考成装置合法与否的确认机制。

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图3 LoRaWAN终端装置类别运作图例说明

目前有两种启动方式,分别为ABP(Activation By Personalization)与OTAA(On The Air Activiation)两种,个别的详细内容如图4所述。

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图4 LoRaWAN装置提供ABP与OTAA两种启动入网方式

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