LoRa Basics 技术分享

 

 

进入2022年，物联网技术在各行各业越来越普及，LPWAN技术（低功耗广域网，长距离物联网无线通信技术）凭借信号覆盖范围广、占用带宽小、终端连接数量多、功耗低、成本低等优点，在全球市场上赢得较高的普及率。

 

在全球范围内的多种LPWAN技术中，NB-IoT、LoRa是应用范围最广的两种技术，在未授权频谱技术中，LoRa处于主导地位。LoRa除了具有网络容量大、功耗低、信号穿透能力强、高速移动信号稳定、可定位等特点外，最大优势在于同等功耗条件下无线射频通信距离更远。LoRa可以广泛应用在工业控制、城市管理、电网巡检控制、油气管道监控、农业灌溉、环境监测等领域。

 

据市场调查网发布的《2022-2027年中国LoRa市场监测调研及行业投资可行性通用研究报告》显示，国内LoRa芯片生产实力不断增强，有利于LoRa产业发展壮大。

 

同时腾讯、阿里等相继加入LoRa联盟，将扩大LoRa生态圈，这推动了我国LoRa及芯片市场高速增长。2021年，我国LoRa市场规模约为218亿元，预计2022年将增长至283亿元左右，增速达到30%。2021年，我国应用于终端领域的LoRa芯片出货量约为7052亿片，预计2022年将增长至9520亿片，增速达到35%。

 

虽然目前国内的LoRa应用非常多，不过现有的LoRaWAN协议不能充分满足市场中的多种需要。尤其是LoRa在国内推动的“自组，安全，可控”的生态，对于LoRa协议的要求越来越多。即使LoRa具有足够的技术优势实现自组网络的要求，目前市场上国内LoRa客户依然具有以下的需求：

架构简单：不希望使用网络服务器

低成本：最好使用终端芯片作为网关

支持终端的通信方式D2D

支持组控和群控

低延迟快速响应

支持下行控制且低功耗

更大的网络容量

而LoRa Basics就是LoRa为了解决这些需求应运而生的。

LoRa Basics就是Semtech Corporation基于LoRaWAN协议推出软件构建模块。

 

LoRa Basics提取常用的LoRaWAN功能，即所有终端设备、网关或基于LoRaWAN解决方案的开发人员都必须实现的功能，并提供一组与规范兼容的、免费的、可提供支持的开源软件套件。该组构建模块代表了基于LoRaWAN的技术实现的最佳实践。

 

这样开发人员就可以专注于开发其解决方案，同时以更低的成本、更快的将应用推向市场。LoRa Basics与LoRa联盟（LoRa Alliance）完全兼容，并支持开发人员及企业快速地开发其应用。

在软件架构层面，LoRa Basics与LoRaWAN协议基本一致：

在设备类别划分上，LoRa Basics与LoRaWAN协议有一些区别：

Class A与LoRaWAN Class A 设备相同：电池供电的传感器开关等；

Class C与LoRaWAN Class C 设备相同：长供电的灯家电等；

Class D与LoRaWAN Class B 相似：用于电池供电且具有下行唤醒功能的设备：如门锁、阀门等(采用异步长前导包唤醒模式)；

C could control C/D；A could control C/D；D could control C/D。

LoRa Basics的信道规划，最少需要3个不同的信道（这里的信道指的是不同配置的频点、BW、SF的组合）：

F1：上行信道

F2：下行信道

F3：唤醒信道

同时还可以进行信道扩展：

多个网关模块可以支持多个F1

根据工作距离和延迟要求不同可以设置多给F2

根据省电或工作距离要求可以设置多个F3

 

LoRa Basics支持P2P通信，常见的两种控制模式：

通过网关控制（LoRa Basics Station）

直接控制并告知网关（Modem与Modem之间通信）

LoRa Basics支持两种控制模式，不过优先建议使用第二种，原因如下：

在没有网关的时候，该系统依然可以有效进行

具有更低的延迟特性

对上行的信道占用减小，信道容量也会增加

网关的负载减小

可以扩展F2a和F2b，来应对不同的需求，如更低的延迟或更好的覆盖范围，需要通过调整SF或BW实现

通过网关通信

节点与节点通信

在LoRa Basics中，还有一种比P2P更快捷高效的方案，那就是组控/群控。通过ACK的时隙进行回复和识别确认目标设备。当设备加入群组时，会被分配时隙号，当设备收到群控命令时，根据时隙号*△t进行延迟，再发送ACK。不同的群组，可以根据需求设定不同的信道组合。不仅仅是节点，网关也可以参与组控。

 

下图为Class C的设备群控案例，对于Class D设备的组控是一样的，只是需要增加一个长前导。如果一个设备的ACK丢失，网关或者主控设备会通过P2P的方式进行再次确认。

随着社会智能化、信息化的发展，LoRa的现有技术已经无法满足日新月异的技术更新需求，为了解决层出不穷的客户实际需要，LoRa在LoRa Basics的基础上衍生出了两款平台供客户开发使用。

LoRa Basics Station（网关平台）

LoRa Basics Station是LoRa数据包转发器的实现。LoRa 数据包转发器是在基于 LoRa 的网关（带或不带 GPS）的主机上运行的程序。它通过安全的IP链路将集中器（上行链路）接收到的RF数据包转发到LoRaWAN网络服务器（LNS）。它还将 LNS（下行链路）通过同一安全 IP 发送的射频数据包传输到一个或多个设备。此外，它可以传输用于网络内时间协调设备的信标信号。这些信标可以在整个网络上以GPS同步传输。
 

 

相关开发平台有SX1302芯片平台，我们成都亿佰特提供了基于SX1302开发的E106系列模组：

470MHz频段：E106-470G27P2（详细参数，请点击查阅）

868MHz频段：E106-868G27P2（详细参数，请点击查阅）

915MHz频段：E106-915G27P2（详细参数，请点击查阅）

该系列使用Mini PCI-E标准接口封装，方便用户集成到自家网关设备。

 

LoRa Basics Modems（终端节点平台）

LoRa Basics调制解调器产品可以基于LoRa的物联网（IoT）设备与Semtech的LoRa云服务进行通信。LoRa Basics调制解调器是一个开源软件库，它利用2.4GHz频段实现全球互操作性。

 

LoRa Basics Modem-E提供与Semtech云服务的开箱即用集成，例如用于定位现场设备的地理位置功能。它使用sub-GHz频段，旨在支持欧盟和美国频率的LoRaWAN区域参数。
 

 

相关开发平台有LR1110、LR1120芯片平台，是一个集LoRa+GPS+WiFi2.4GHz通信的LoRa Basics Modems开发平台。GPS定位功能和Wi-Fi定位功能，使得用户可以更好的进行资产管理。