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物联网LPWAN劲敌环伺 LoRa强化优势求突围
作者:佚名 日期:2018年07月26日 来源:互联网 浏览:

内容导读:    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
    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。
    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。
    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。
    目前有两种启动方式,分别为ABP(Activation By Personalization)与OTAA(On The Air Activiation)两种。
LoRaWAN认证现况说明
    LoRa联盟为了实现将来为数众多的物联网装置的兼容性,透过制定各区域或国家地区的统一通讯规范,让各区域不同国家制造商所生产的LoRaWAN装置实现互通,这些区域规范都是参考各国家区域的LPWAN无线频段安规所制定。此一标准规范汇整于LoRaWAN文件Regional Parameters中,目前最新版本为v1.1。
    接下来针对EU868、US915、AS923与CN470等主要的区域规范做进一步的说明。目前大多数国家针对免费频段多规范使用于工业、科学与医疗(Industrial, Scientific and Medical, ISM)频段或者无线射频辨识(RFID)频段中,各区域的介绍将以各区域中的使用频段、频道信息、传输速度及安规等重点项目做整理说明。
EU 863-870MHz ISM频段
    频段部分为基于欧洲电信标准协会(ETSI) [EN300.220] ISM规范,欧盟(EU)采868~870MHz频段。而频道,欧洲区LoRa规范强制频道三个,而ESTI规范下至少使用十六个频道。至于安规部分,采用工作周期(Duty Cycle)方式限制占用频道的时间。
US 902-928 ISM频段
    在频段方面,基于FCC Part.15规范,LoRa使用902~928MHz。频道部分如图5所示,上行共有六十四个125kHz频道与八个500kHz频道,下行有八个500kHz频道。其传输速率达0.98~5kbps,而安规部分,频道占用400msec限制(FHSS跳频系统)。
AS923 ISM频段
    其频段,AS923区域内各国均采用相同的强制频道。LoRa大部分使用920~928MHz频段。以国家别整理如下:文莱(Brunei)923~925MHz、柬埔寨(Cambodia)923~925MHz、印度尼西亚(Indonesia)923~925MHz、日本920~928MHz、老挝(Laos)923~925MHz、纽西兰915~928MHz、新加坡920~925MHz、泰国920~925MHz以及越南(Vietnam)920~925MHz。
    在频道方面,所使用频道数目与频率依各国安规规范有所不同;安规部分,频道使用机制台湾地区NCC走类似美国联邦电信委员会(FCC)精神,也有国家采用Duty Cycle规范。
CN 470-510MHz频段
    在频段方面,基于中国国家无线电管理委员会(SRRC)规范,LoRa使用470~510MHz,而其频道如图6所示,上行共有九十六个125kHz频道,下行有四十八个125kHz频道。其传输速率介于0.25~5kbps,而安规部分,频道占用时间不可以大于5,000msec。
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