LoRaWAN网关教程

描述

 

嘿，怎么了，伙计们！来自 CETech 的 Akarsh。

如果您有很多与 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 网关等相关的问题，那么您应该阅读这篇文章，因为今天我们将深入了解 LoRaWAN 网关、它们的用途、工作方式、类型等.

我们之前的一些项目与 LoRaWAN 网关有关，例如使用 TheThingsNetwork和基于 LoRaWAN 的 GPS Tracker设置LoRaWAN 网关，但今天我们不会做任何类似的事情。我们将详细讨论 LoRaWAN 网关，这也将消除您对使用 LoRaWAN 网关的一些疑问。如果您对 LoRaWAN 网关感兴趣，请尝试一下。

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什么是洛拉？

在我们前往 LoRaWAN 或 LoRaWAN 网关之前，我们需要知道 LoRa 是什么，因为 LoRaWAN 是 LoRa 的增强版本，或者换句话说是更高级的版本。所以基本上，LoRa 是 Long Range 的缩写形式。顾名思义，LoRa 是一种基于射频的通信协议，用于以极少的功率将数据传输到数百公里的远距离。据记录，使用 LoRa 的最长数据传输范围约为。700 公里，但在该实验中，试图使条件更接近理想条件。您可以从此处阅读有关该实验的信息。在正常情况下，我舒适地观察到了大约 8 公里的范围，这仍然非常高。低功耗和远距离，这两个特性使 LoRa 与众不同。如上所述，它适用于无线电频率范围内的频带。它根据我们使用它的位置使用免许可的亚千兆赫兹无线电频段，例如 433 MHz、868 MHz、915 MHz 和 923 MHz。

它基于源自啁啾扩频 (CSS) 技术的扩频调制技术，而不是像蜂窝网络那样的付费网络。我们可以使用许多 LoRa 模块来使用 LoRa 传输和接收数据，它们可以在点对点模式或广播模式下工作，但数据只会保留在这些 LoRa 节点和组成的网络中那些节点。如果我们想在网络之外的某个地方获取数据，我们不能仅使用 LoRa 来做到这一点。这就是我们需要 LoRaWAN 的地方。在 LoRaWAN 中，我们通过网关将 LoRa 技术与任何其他技术（如 Wi-Fi、互联网等）连接起来。这大大增强了 LoRa 的能力。LoRa 的一些优点和缺点是：-

优点：

• 远距离：LoRa 设备可以在 1 公里至 10 公里的距离内传输信号。
• 低功耗：LoRa 端节点仅在固定时间唤醒，可延长电池寿命。终端节点电池可以使用 5-10 年。
• 安全性：在终端节点和网络服务器之间使用 AES128 进行数据加密/在应用程序级别使用 AES128 进行数据加密。
• 低成本：以免费频率工作，使用该技术无需前期许可费用。6) 轻松部署：网络架构简单，易于自行部署。

缺点：

• 不适用于大数据传输。
• 不适用于连续监测。
• 仅在固定时间唤醒，因此您无法随时与端节点通信。
• 由于使用自由频率，传输速度较慢且容易受到干扰。

所以这些是关于 LoRa 的一些细节。现在在下一步中，我们将检查 LoRaWAN 是什么。

什么是 LoRaWAN？

在最后一步中，我们检查了 LoRa 是什么，并且我们还知道，每当我们需要在 LoRa 模块之间的网络之外或在 LoRa 模块以外的任何设备上传输数据时，我们需要一个带有 LoRaWAN 网关的 LoRaWAN但是在使用 LoRaWAN 之前，我们显然需要知道 LoRaWAN 是什么以及它的规格是什么，我们将在这一步中做这些。

LoRaWAN 是基于 LoRa 的广域网的简称。每当我们通过将 LoRa 与任何其他技术（如 Internet、Wi-Fi 等）相结合来使用 LoRa 时，就可以说我们正在使用 LoRaWAN。简而言之，我们将 LoRa 网络与互联网或任何其他技术连接起来。您可能在想 LoRa 网络如何连接到 Internet。这个问题的答案是使用 LoRaWAN 网关。什么是网关以及它的作用将在下一步中讨论。现在，让我们专注于 LoRaWAN。

LoRaWAN 网络架构部署在星型拓扑中，其中网关在终端设备和中央网络服务器之间中继消息。网关通过标准 IP 连接连接到网络服务器并充当透明网桥，只需将 RF 数据包转换为 IP 数据包，反之亦然。无线通信利用 LoRaÒ 物理层的长距离特性，允许终端设备和一个或多个网关之间的单跳链路。所有模式都能够进行双向通信，并且支持多播寻址组，以便在固件无线 (FOTA) 升级或其他大规模分发消息等任务期间有效利用频谱。

安全性是任何大规模物联网部署的首要考虑因素，LoRaWAN 规范定义了两层加密：

• 终端设备和网络服务器之间共享的唯一 128 位网络会话密钥。
• 在应用程序级别端到端共享的唯一 128 位应用程序会话密钥 (AppSKey)。

AES 算法用于向网络服务器提供数据包的身份验证和完整性，并为应用程序服务器提供端到端加密。通过提供这两个级别，可以实现“多租户”共享网络，而网络运营商无需了解用户的有效负载数据。

这是关于 LoRaWAN 的一些信息。在下一步中，我们将了解 LoRaWAN 网关是什么，还将了解服务器在 LoRaWAN 中的作用。

LoRaWAN 网关及其工作

在前面的步骤中，我们知道通过将基于 LoRa 的网络连接到 Internet 来获得 LoRaWAN。但是为了将 LoRa 网络连接到 Internet，我们需要一个 LoRaWAN 网关。这里需要提到的一件事是，将 LoRa 网络连接到 Internet 与将手机或任何其他设备连接到 Internet 完全不同。此处连接到 Internet 意味着将网络连接到 TheThingsNetwork、ThingSpeak 等服务器。数据被发送到该服务器，然后我们可以在我们的非 LoRa 设备上获取数据。因此，LoRaWAN 网关充当 LoRa 网络和服务器之间的桥梁。通过上一行，您可能已经了解了网关内部的内容。

它们之间发生的事情是网关内部的基于 LoRa 的芯片连接到 LoRa 网络以连接到 Internet。这就是 LoRaWAN 网关的工作原理。

LoRaWAN 网关主要根据以下两个参数进行分类：

位置：基于位置，我们的意思是说我们可以放置网关以使其安全工作的地方。此类别中有两种类型的网关：-

• 室内网关：这些是可以在室内安全使用的网关。它们不是防风雨的，并且可能由于外面的天气条件而损坏。它们的身体也有通风孔，因此将它们留在外面并不是明智之举，因为水会进入它们最终将它们炸掉。Dragino 的一些室内网关示例包括LG308、LG01-N、LPS8等。
• 室外网关：与室内网关不同，这些网关更坚固且防风雨。它们的结构使其防水并适合户外使用。Dragino 的一些户外网关的示例有DLOS8、OLG02等。

通道：LoRaWAN 网关的通道数告诉我们一个网关可以同时处理多少个 LoRa 网络。此类别中还有两种类型的网关：

• 单通道：这些网关可以一次将单个 LoRa 网络连接到互联网。他们内部有一个 LoRa 芯片，这就是他们可以将单个 LoRa 网络连接到 Internet 的原因。Dragino 的一些单通道网关的示例是LG01-N、OLG01-N等。
• 多通道：这些网关可以一次将多个 LoRa 网络连接到互联网。它们内部有不止一个 LoRa 芯片，这使得它们能够将多个 LoRa 网络连接到 Internet。Dragino 的一些多通道网关的示例是LPS8、DLOS8等。

LoRaWAN 网络服务器

在这一步中，我们将了解什么是 LoRaWAN 网络服务器，它的作用，还会提到一些当今使用的著名服务器。

LoRaWAN 网络服务器是每个 LoRaWAN 网络的核心，它支持设备、网关和最终用户应用程序的连接、管理和监控。其主要目标是确保整个网络中数据路由的安全性、可扩展性和可靠性。LoRaWAN 网络服务器的核心组件是：-

• 网关服务器管理安全网关连接和配置。它支持传统的 UDP 转发器和支持远程更新和配置的新 LoRa Basics™ Station 协议。
• Network Server 实现 LoRaWAN 协议，验证设备的真实性和完整性，对上行链路进行去重，选择用于下行链路的网关，并发送 ADR 命令以优化设备的数据速率。
• 应用服务器负责解密从传感器接收到的数据，并对发送到终端设备的数据进行加密。数据可以集成到现有的数据管理系统或物联网平台，如 AWS、Azure 和谷歌云。
• 加入服务器存储设备根密钥并生成会话密钥以实现 LoRaWAN 消息的安全传输。我们的可互操作全局加入服务器与我们的 LoRaWAN 网络以及第三方网络集成。
• Identity Server 注册用户、应用程序、设备和网关。这允许运行分布在全球多个地区的可扩展、多租户网络。

LoRaWAN 网络服务器还连接到 Packet Broker，这是一个全球不可知的 LoRaWAN 流量交换平台，以增加网络容量。所有功能都由 API 公开，因此 LoRaWAN 堆栈可以集成到公司的计费、网络运营、设备管理和组织系统中。现在使用的一些著名的网络服务器是：

• TheThingsNetwork 平台：TheThingsNetwork 服务器是一个开源平台，可为您的宝贵物联网数据提供安全、可扩展和可靠的 LoRa 路由。

• Thingspeak 平台：ThingSpeak 是一种物联网分析平台服务，可让您聚合、可视化和分析云中的实时数据流。您可以从您的设备向 ThingSpeak 发送数据，创建实时数据的即时可视化，并发送警报。

除了上面提到的两个之外，还有更多的服务器可以用作 LoRaWAN 网络服务器。

影响 LoRa 性能的其他因素

到目前为止，我们对 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 网关和 LoRaWAN 网络服务器有了一些详细的了解。现在我们将讨论一些如果管理得当可以显着提高 LoRa 网络性能的因素。

• 功率：是决定LoRa模块范围的一个非常重要的因素。LoRa 模块具有不同的额定功率。从 25mW 到 100mW，并且也达到 1W 标记。显然，功率越大，模块的范围就越大。

• 天线：这些在使用 LoRa 的数据传输中也起着非常重要的作用。我们使用的天线功率越好，LoRa 模块的范围就越大，另一个有帮助的因素是天线调谐。调谐良好的天线有助于增加 LoRa 模块的范围。
• 高度：这也是我们谈论 LoRa 模块范围时的一个重要因素。LoRa 模块放置的高度越高，从模块获得的范围就越好，因为可以清楚地看到，当我们越过地面时，视线中的障碍物不断减少，最终导致衰减减少。

所以这都是关于 LoRa 和 LoRaWAN 的。希望你喜欢它。