進入2022年,物聯網技術在各行各業越來越普及,LPWAN技術(低功耗廣域網,長距離物聯網無線通信技術)憑借信號覆蓋范圍廣、占用帶寬小、終端連接數量多、功耗低、成本低等優點,在全球市場上贏得較高的普及率。
在全球范圍內的多種LPWAN技術中,NB-IoT、LoRa是應用范圍最廣的兩種技術,在未授權頻譜技術中,LoRa處于主導地位。LoRa除了具有網絡容量大、功耗低、信號穿透能力強、高速移動信號穩定、可定位等特點外,最大優勢在于同等功耗條件下無線射頻通信距離更遠。LoRa可以廣泛應用在工業控制、城市管理、電網巡檢控制、油氣管道監控、農業灌溉、環境監測等領域。
據市場調查網發布的《2022-2027年中國LoRa市場監測調研及行業投資可行性通用研究報告》顯示,國內LoRa芯片生產實力不斷增強,有利于LoRa產業發展壯大。
同時騰訊、阿里等相繼加入LoRa聯盟,將擴大LoRa生態圈,這推動了我國LoRa及芯片市場高速增長。2021年,我國LoRa市場規模約為218億元,預計2022年將增長至283億元左右,增速達到30%。2021年,我國應用于終端領域的LoRa芯片出貨量約為7052億片,預計2022年將增長至9520億片,增速達到35%。
雖然目前國內的LoRa應用非常多,不過現有的LoRaWAN協議不能充分滿足市場中的多種需要。尤其是LoRa在國內推動的“自組,安全,可控”的生態,對于LoRa協議的要求越來越多。即使LoRa具有足夠的技術優勢實現自組網絡的要求,目前市場上國內LoRa客戶依然具有以下的需求:
架構簡單:不希望使用網絡服務器
低成本:最好使用終端芯片作為網關
支持終端的通信方式D2D
支持組控和群控
低延遲快速響應
支持下行控制且低功耗
更大的網絡容量
而LoRa Basics就是LoRa為了解決這些需求應運而生的。
LoRa Basics就是Semtech Corporation基于LoRaWAN協議推出軟件構建模塊。
LoRa Basics提取常用的LoRaWAN功能,即所有終端設備、網關或基于LoRaWAN解決方案的開發人員都必須實現的功能,并提供一組與規范兼容的、免費的、可提供支持的開源軟件套件。該組構建模塊代表了基于LoRaWAN的技術實現的最佳實踐。
這樣開發人員就可以專注于開發其解決方案,同時以更低的成本、更快的將應用推向市場。LoRa Basics與LoRa聯盟(LoRa Alliance)完全兼容,并支持開發人員及企業快速地開發其應用。
在軟件架構層面,LoRa Basics與LoRaWAN協議基本一致:
在設備類別劃分上,LoRa Basics與LoRaWAN協議有一些區別:
Class A與LoRaWAN Class A 設備相同:電池供電的傳感器開關等;
Class C與LoRaWAN Class C 設備相同:長供電的燈家電等;
Class D與LoRaWAN Class B 相似:用于電池供電且具有下行喚醒功能的設備:如門鎖、閥門等(采用異步長前導包喚醒模式);
C could control C/D;A could control C/D;D could control C/D。
LoRa Basics的信道規劃,最少需要3個不同的信道(這里的信道指的是不同配置的頻點、BW、SF的組合):
F1:上行信道
F2:下行信道
F3:喚醒信道
同時還可以進行信道擴展:
多個網關模塊可以支持多個F1
根據工作距離和延遲要求不同可以設置多給F2
根據省電或工作距離要求可以設置多個F3
LoRa Basics支持P2P通信,常見的兩種控制模式:
通過網關控制(LoRa Basics Station)
直接控制并告知網關(Modem與Modem之間通信)
LoRa Basics支持兩種控制模式,不過優先建議使用第二種,原因如下:
在沒有網關的時候,該系統依然可以有效進行
具有更低的延遲特性
對上行的信道占用減小,信道容量也會增加
網關的負載減小
可以擴展F2a和F2b,來應對不同的需求,如更低的延遲或更好的覆蓋范圍,需要通過調整SF或BW實現
通過網關通信
節點與節點通信
在LoRa Basics中,還有一種比P2P更快捷高效的方案,那就是組控/群控。通過ACK的時隙進行回復和識別確認目標設備。當設備加入群組時,會被分配時隙號,當設備收到群控命令時,根據時隙號*△t進行延遲,再發送ACK。不同的群組,可以根據需求設定不同的信道組合。不僅僅是節點,網關也可以參與組控。
下圖為Class C的設備群控案例,對于Class D設備的組控是一樣的,只是需要增加一個長前導。如果一個設備的ACK丟失,網關或者主控設備會通過P2P的方式進行再次確認。
隨著社會智能化、信息化的發展,LoRa的現有技術已經無法滿足日新月異的技術更新需求,為了解決層出不窮的客戶實際需要,LoRa在LoRa Basics的基礎上衍生出了兩款平臺供客戶開發使用。
LoRa Basics Station(網關平臺)
LoRa Basics Station是LoRa數據包轉發器的實現。LoRa 數據包轉發器是在基于 LoRa 的網關(帶或不帶 GPS)的主機上運行的程序。它通過安全的IP鏈路將集中器(上行鏈路)接收到的RF數據包轉發到LoRaWAN網絡服務器(LNS)。它還將 LNS(下行鏈路)通過同一安全 IP 發送的射頻數據包傳輸到一個或多個設備。此外,它可以傳輸用于網絡內時間協調設備的信標信號。這些信標可以在整個網絡上以GPS同步傳輸。
相關開發平臺有SX1302芯片平臺,我們成都億佰特提供了基于SX1302開發的E106系列模組:
470MHz頻段:E106-470G27P2(詳細參數,請點擊查閱)
868MHz頻段:E106-868G27P2(詳細參數,請點擊查閱)
915MHz頻段:E106-915G27P2(詳細參數,請點擊查閱)
該系列使用Mini PCI-E標準接口封裝,方便用戶集成到自家網關設備。
LoRa Basics Modems(終端節點平臺)
LoRa Basics調制解調器產品可以基于LoRa的物聯網(IoT)設備與Semtech的LoRa云服務進行通信。LoRa Basics調制解調器是一個開源軟件庫,它利用2.4GHz頻段實現全球互操作性。
LoRa Basics Modem-E提供與Semtech云服務的開箱即用集成,例如用于定位現場設備的地理位置功能。它使用sub-GHz頻段,旨在支持歐盟和美國頻率的LoRaWAN區域參數。
相關開發平臺有LR1110、LR1120芯片平臺,是一個集LoRa+GPS+WiFi2.4GHz通信的LoRa Basics Modems開發平臺。GPS定位功能和Wi-Fi定位功能,使得用戶可以更好的進行資產管理。
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