lora wan協(xié)議

1、LaWAN協(xié)議協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無(wú)線技術(shù)，除城域網(wǎng)的2G3G4G外，還有局域網(wǎng)和短距的多種通信技術(shù)，比如2.4G頻段的WiFi，藍(lán)牙、Zigbee和SubGhz等等。這些短距無(wú)線技術(shù)，優(yōu)缺點(diǎn)也都非常明顯。而且從無(wú)線應(yīng)用開(kāi)發(fā)和工程運(yùn)維人員角度來(lái)看，一直以來(lái)都存在這樣一個(gè)兩難問(wèn)題：即設(shè)計(jì)人員在更長(zhǎng)的距離和更低的功耗兩者之間只能二選一。而采用La技術(shù)之后，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可做到兩者都兼顧，最大程度地實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的通信與更低的功耗，同時(shí)還可節(jié)省額外

2、的中繼器成本。一般說(shuō)來(lái)，傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個(gè)主要參數(shù)。傳輸速率的選擇將決定系統(tǒng)的傳輸距離和電池壽命。工作頻段的選擇要折衷考慮頻段和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。而在FSK系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇是由傳輸距離要求和系統(tǒng)需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)目來(lái)決定的。升特(Semtech)公司采用新的擴(kuò)頻技術(shù)的的高性價(jià)比收發(fā)機(jī)方案將會(huì)改變以往的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)而又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命并增加系統(tǒng)容量，進(jìn)而擴(kuò)展你的傳感網(wǎng)

3、絡(luò)，于是La技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。La融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，擁有前所未有的性能。此前，只有那些高等級(jí)的工業(yè)無(wú)線電通信會(huì)融合這些技術(shù)，而隨著La的引入，嵌入式無(wú)線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中注入的錯(cuò)誤碼元在接收端就會(huì)被及時(shí)糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建“自修復(fù)”數(shù)據(jù)包來(lái)重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建

4、立起來(lái)且注入前向糾錯(cuò)編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字?jǐn)U頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個(gè)“展擴(kuò)器”中，將每一比特時(shí)間劃分為眾多碼片。La調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為644096碼片比特。AngelBlocks配置調(diào)制解調(diào)器可使用4096碼片比特中的最高擴(kuò)頻因子（12）。相對(duì)而言，ZigBee僅能劃分的范圍為1012碼片比特。通過(guò)使用高擴(kuò)頻因子，La技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過(guò)大范圍的無(wú)線電頻譜傳輸出去。實(shí)際上，

5、當(dāng)你通過(guò)頻譜分析儀測(cè)量時(shí)，這些數(shù)據(jù)看上去像噪音，但區(qū)別在于噪音是不相關(guān)的，而數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，基于此，數(shù)據(jù)實(shí)際上可以從噪音中被提取出來(lái)。其實(shí)，擴(kuò)頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來(lái)。在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）需要可靠地解調(diào)信號(hào)，采用配置AngelBlocks的方式，La可解調(diào)一個(gè)信號(hào)，其信噪比為20dB，GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB，這相當(dāng)于范圍和距離擴(kuò)大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以

6、實(shí)現(xiàn)2倍于原來(lái)的傳輸距離。為了有效地對(duì)比不同技術(shù)之間傳輸范圍的表現(xiàn)，我們使用一個(gè)叫做“鏈路預(yù)算”的定量指標(biāo)。鏈路預(yù)算包括影響接收端信號(hào)強(qiáng)度的每一變量，在其簡(jiǎn)化體系中包括發(fā)射功率加上接收端靈敏度。AngelBlocks的發(fā)射功率為100mW(20dBm)，接收端靈敏度為129dBm，總的鏈路預(yù)算為149dB。比較而言，擁有靈敏度110dBm（這已是其極好的數(shù)據(jù)）的GFSK無(wú)線技術(shù)，需要5W的功率(37dBm)才能達(dá)到相同的鏈路預(yù)算值。在實(shí)

7、踐中，大多GFSK無(wú)線技術(shù)接收端靈敏度可達(dá)到103dBm，在此狀況下，發(fā)射端發(fā)射頻率必須為46dBm或者大約36W，才能達(dá)到與La類似的鏈路預(yù)算值。因此，使用La技術(shù)我們能夠以低發(fā)射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，這種低功耗廣域技術(shù)正是我們所需的。與FSK系統(tǒng)相比，使用同樣低成本的晶體時(shí)這種新的擴(kuò)頻方式在靈敏度上改善了30dB，理論上相當(dāng)于增加了5倍的傳輸距離。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和架構(gòu)和協(xié)議協(xié)議選擇星型網(wǎng)還是網(wǎng)狀網(wǎng)是影響整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的一

8、個(gè)關(guān)鍵因素。星型網(wǎng)是具有最低延遲的最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)距離、共信道同步傳輸、共信道抑制的改善和高選擇性，這些擴(kuò)頻方式的優(yōu)點(diǎn)為傳感網(wǎng)絡(luò)提供了一種可供選擇的高性能的系統(tǒng)解決方案，而這是傳統(tǒng)FSK調(diào)制方式無(wú)法達(dá)到的。在相同速率下擴(kuò)頻調(diào)制方式所具備的優(yōu)勢(shì)可以輕易地用于改善現(xiàn)有網(wǎng)狀網(wǎng)的性能，而星形網(wǎng)也會(huì)達(dá)到最優(yōu)的系統(tǒng)性能。利用星型網(wǎng)在郊區(qū)環(huán)境可以達(dá)到816km距離的情況下，我們不再需要很龐大的網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)覆蓋這么寬的范圍。一個(gè)多通道、多調(diào)制解調(diào)方

9、式的集中器可以適應(yīng)不同節(jié)點(diǎn)的不同速率和不同的功率，這樣就可以獲得最大的網(wǎng)絡(luò)容量和最長(zhǎng)的電池壽命。使用不同的擴(kuò)頻因子就可以改變擴(kuò)頻系統(tǒng)的傳輸速率?？勺兊臄U(kuò)頻因子提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，因?yàn)椴捎貌煌瑪U(kuò)頻因子的信號(hào)可以在一個(gè)信道中共存。借助網(wǎng)絡(luò)仿真工具，我們可以很容易觀察到，與傳統(tǒng)采用固定速率的FSK系統(tǒng)相比，采用上述技術(shù)的星型網(wǎng)能容易地獲得很多優(yōu)勢(shì)，諸如95%的節(jié)點(diǎn)只占用10%的總能耗，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的容量也將提高56倍。總的來(lái)說(shuō)，與其他無(wú)

10、線系統(tǒng)相比，La技術(shù)擁有如下幾大優(yōu)勢(shì)。它使用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，可解調(diào)低于20dB的噪聲。這確保了高靈敏度、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾。而相比于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，LaWAN協(xié)議的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)消除了同步開(kāi)銷和跳數(shù)，因而降低了功耗并可允許多個(gè)并發(fā)應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。同時(shí)，La技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通信距離比其他無(wú)線協(xié)議都要長(zhǎng)得多，這使得La系統(tǒng)無(wú)需中繼器即可工作，從而降低了整體擁有成本。此外，相較于3G和4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)，La技術(shù)對(duì)嵌入式應(yīng)用而言可