《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LoRa和NB-IoT的發(fā)展前景

2017-07-13
來源:ZLG致遠(yuǎn)電子

  物聯(lián)網(wǎng)時代飛速發(fā)展下的需求,除了不斷升級的4G/5G寬帶網(wǎng)絡(luò),低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)無疑也是大家研究的重要方向。當(dāng)前,LoRa技術(shù)與NB-IoT的發(fā)展前景也成為大家爭論不休的焦點。

  物聯(lián)網(wǎng)是通過無線通信技術(shù)將人與物,物與物進(jìn)行連接。在智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等局域網(wǎng)通信,一般采用短距離通信技術(shù),但對于廣范圍、復(fù)雜環(huán)境、遠(yuǎn)距離的連接則需要遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。

  因此,為滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接需求,LPWAN(Low Power Wide Area Network,低功耗廣域網(wǎng))應(yīng)運而生。 LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計。主要分為兩類:一類是工作于未授權(quán)頻譜的LoRa技術(shù);另一類是工作于授權(quán)頻譜下的NB-IoT。

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  圖1 授權(quán)頻段與非授權(quán)頻段

 ?。?)相比于NB-IoT ,LoRa基于Sub-GHz的頻段使其更易以較低功耗遠(yuǎn)距離通信,可以使用電池供電或者其他能量收集的方式供電;

 ?。?)較低的數(shù)據(jù)速率也延長了電池壽命和增加了網(wǎng)絡(luò)的容量;

 ?。?)LoRa信號的波長較長決定了它的穿透力與避障能力;

 ?。?)LoRa專用網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)現(xiàn)場和客戶需求擴展出更多自定義功能,如廣告推送,多種網(wǎng)絡(luò)接入等。

  這些技術(shù)特點更適合低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署和企業(yè)特定專網(wǎng)里工作。LoRa的易于建設(shè)和部署,得到越來越多國內(nèi)公司的關(guān)注和跟進(jìn)。如ZLG致遠(yuǎn)電子成立了專門的項目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開發(fā)。廣泛應(yīng)用在LoRa地磁,用于車位管理,車流量檢測;LoRa局域?qū)>W(wǎng),用于中小范圍內(nèi)的采集、監(jiān)測、通信;點對點遙控等各類方案。下圖為LoRa模塊及網(wǎng)關(guān)在路邊停車上的應(yīng)用。

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  圖2 LoRa在路邊停車的應(yīng)用

  1.LoRa模塊(ZM470SX-M),是基于Semtech公司 SX1278 自主研發(fā)的一款工業(yè)級射頻無線產(chǎn)品。相比傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制技術(shù),ZM433/470SX-M 模塊采用了擴頻調(diào)制技術(shù)在抑制同頻干擾的性能方面也具有明顯優(yōu)勢,解決了傳統(tǒng)設(shè)計方案無法同時兼顧距離、抗擾和功耗的弊端。另外,芯片集成了+20dBm 的可調(diào)功率放大器,并可獲得超過-148dBm 的接收靈敏度,鏈路預(yù)算達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平,針對應(yīng)用于遠(yuǎn)距離傳輸且對可靠性要求極高的場合。

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  圖3 ZM470SX-M LoRa模塊

  2. 網(wǎng)絡(luò)控制器(IoT-3968L),以 Freescale i.MX287處理器為核心,ARM9內(nèi)核。采用雙MiniPCIE接口設(shè)計,滿足各種條件苛刻的工業(yè)應(yīng)用,特別是在對通信有很高要求的領(lǐng)域,完成LoRa,2G/3G/4G,WiFi,Zigbee 搭配接入通訊,可自定義適應(yīng)各類網(wǎng)關(guān)方案。

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  圖4 IoT-3968L網(wǎng)關(guān)控制器

  3.整體解決方案,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)特性的三個主要參數(shù)。通過調(diào)整擴頻因子(數(shù)值為6~12)、調(diào)制帶寬及糾錯率等變量,在通信速率及傳輸距離和抗干擾特性之間取得更好的平衡。在發(fā)射功率一定時,通常擴頻因子被設(shè)置得越大,模塊可獲得的接收靈敏度就越高,通信距離將越遠(yuǎn),但會同時導(dǎo)致通信速率降低。

  LoRaWAN是由LoRa聯(lián)盟推出的一個低功耗廣域網(wǎng)規(guī)范。LoRaWAN瞄準(zhǔn)了物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求--雙向通訊。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個典型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在這個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,LoRa網(wǎng)關(guān)是一個透明的中繼,連接前端終端設(shè)備和后端服務(wù)器。然而眾多實際應(yīng)用場景,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或多級中繼組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該規(guī)范協(xié)議往往無法很好的同時解決通信速率,傳輸距離,實時性,低功耗,多級組網(wǎng)之間的沖突。

  未來,ZLG致遠(yuǎn)電子將推出網(wǎng)狀-星型結(jié)構(gòu)LoRaNet協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)由集中器,路由,終端組成。適用于數(shù)量眾多的終端通訊,而又對功耗敏感且傳輸數(shù)據(jù)量小的應(yīng)用場合,為用戶提供更加完整可靠的鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層支持。屆時LoRa可廣泛應(yīng)用于管道、地下井監(jiān)測;電力計量、故障報警監(jiān)測;畜牧養(yǎng)殖智能跟蹤、喂養(yǎng)控制;智能路燈的控制等行業(yè)。

  當(dāng)然,LoRa技術(shù)不止可組建物聯(lián)網(wǎng)IoT感測網(wǎng)絡(luò),還能通利用LoRa無線網(wǎng)絡(luò)來提供IoT設(shè)備的定位追蹤服務(wù),如協(xié)助追蹤車輛、物品、寵物位置等等應(yīng)用。在這眾多的碎片式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,還存在大量未涉及領(lǐng)域,期待大家去發(fā)現(xiàn)和挖掘。


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