低功耗广域网 正在主导物联网行业. 顾名思义, LPWAN 是一组无线标准，旨在优化物联网的两个指标:
LPWAN 标准不同于无线个域网 (平底锅) 技术，如 紫蜂, 蓝牙, 和别的. 虽然后者可以用于物联网, 它们的应用范围和范围是有限的. 最繁荣的 LPWAN 技术是 LoRaWAN 物联网.
基于带宽要求, 物联网分为三个细分市场:
LoRaWAN devices and the accessible LoRaWAN protocol allow smart operation of IoT applications that address some of the world’s most pressing issues, 包括储能, 自然资源保护, 污染保护, 基础设施可靠性, 备灾, 和更多. Semtech’s LoRa systems and the LoRaWAN protocol have a long list of applications in smart metering, 智能家居, 智能供应链和物流, 智慧城镇, 智慧农业, 和其他领域.
It’s important to note that LoRa isn’t an LPWAN implementation in itself. 允许调制的芯片称为 LoRa. 在任何网络设置中, 需要一个 MAC 层来建立网络. LoRa 联盟维护 LoRaWAN MAC 层，即 LoRa 芯片的代名词. 虽然术语 LoRa 经常用于适用于整个协议, this document would use a strict description of LoRa to distinguish Link Labs’ Symphony Link, 它在 LoRa 芯片上使用专有 MAC 层.
LoRaWAN IoT 规范是一种使用低功耗广域网的 LoRa 技术 (低功耗广域网) 协议. LoRaWAN 协议使用医疗中的无线电频谱 (主义) 工业的, 和科学乐队以无线方式将电池供电的东西连接到互联网, 国家的, 或全球网络. LoRaWAN 协议以及设备到基础设施的 LoRa 物理层参数在本规范中指定, 这允许设备之间的平滑互操作性.
在 LoRaWAN 物联网网络架构中, 这是在星形拓扑中实现的, 网关在终端设备和中央网络处理器之间传输消息. LoRa 物理层使用无线来利用长距离, 在终端设备和一个或多个网关之间实现单点通信. 两种类型都可以进行双向连接, 支持多播组，以便在空中固件等任务期间有效使用频谱 (照片) 更新或其他批量传递消息.
终端设备
构建将绑定到 LoRaWAN 物联网网络的终端设备, 计算机制造商将依赖 LoRa 联盟标准和资格认证计划. 他们还可以通过使用某些供应商提供的既定参考设计产品来加快上市时间, 基于他们在物联网网络中的 LoRa 经验, 在他们的设计中有效地融入 LoRaWAN 网络, 以及获得网络上计算机通信和数据交换的最佳实践.
无线电网络
LoRaWAN 物联网网关, 可容纳大量传感器并允许私有和公共网络部署, 可以在任何地方使用. 网关允许双向通信，并且可以同时处理来自大量基于 LoRa 的传感器终端设备的消息. 由于 LoRa 网关的成本低于蜂窝基站, 扩展网络带宽就像安装更多网关一样简单. 网关可以接受来自 8 到 64 频道, 允许网络每天处理数百万条消息. 无线电网络的效率 (覆盖面, 稳健性, 表现, 正常运行时间, 和可靠性) is directly proportional to the gateways’ quality.
中央网络
LoRaWAN 物联网网络服务器 (神经网络) 可现场安装或托管在云平台中. 它将从多个网关获取的数据包经过处理后引导至应用服务器. 部署和运营高性能 LoRaWAN 物联网网络, you’ll need powerful resources to track, 定制, 控制, 并对网关进行故障排除, 以及授予所需的网络 QoS. 一些供应商正在提供全面的管理工具, 称为运营支持系统 (我们), 基于蜂窝网络专业知识, 实时有效地编排整个网络，并保证其对关键任务数据处理的完美可用性.
应用服务器
API 可用于将无线电接入网络功能直接合并到应用程序存储库和仪表板中, 更轻松地设置和管理 LoRa 和物联网网络. 企业主应通过终端设备访问或地理定位等增值服务扩展应用服务器功能, 以及创造产生增量收入来源的创新服务, 充分利用无线电和核心网络技术.
LoRaWAN 物联网使用三类设备进行远程通信.
A级 (所有人都必须).
A 类设备在每次传输后打开两个短接收时间窗口 (指定为 RX1 和 RX2).
可以配置从传输结束到第一和第二时间窗口打开的时间间隔, 但对于给定网络中的所有设备必须相同 (RECEIVE_DELAY1, RECEIVE_DELAY2). RX1 和 RX2 时隙使用的频道和传输速率可能不同. Recommended values are given in a separate document – “LoRaWAN Regional Parameters” available on the LoRa Alliance website.
A类设备功耗最低, 但要将消息从服务器传输到终端设备, 您必须等待来自此设备的下一条传出消息.
B级 (信标)
除了为 A 类设备定义的接收窗口, B 类设备按计划打开额外的接收窗口. 同步额外的开放时间, 接收窗口, 网关发射信标. 属于同一网络的所有网关必须同时发出信标. 信标包含网络标识符和时间戳 (世界标准时间).
B 类的使用确保在轮询端点时, 响应延迟不会超过由信标周期确定的一定量.
C级 (连续的)
C类设备几乎一直处于接收模式, 除了传输消息的时间间隔. 除了 RX1 时间窗口, 终端使用RX2接收参数.
C类可用于不需要尽全力节约能源的地方 (电表) 或者需要在任意时间轮询终端设备的地方.
通过选择数据速率, 您将在联系范围和消息持续时间之间进行复杂的权衡. 此外, 扩频技术确保与多个 DR 的连接不会相互冲突, resulting in a series of interactive “code” channels that boost the gateway’s throughput. LoRaWAN 网络服务器使用自适应数据速率 (不良反应) 独立监控每个端点的 DR 设置和 RF 输出容量的方案，以优化端点电池寿命和总网络带宽.
设备认证:
LoRa 支持两种验证技术.
网络和程序会话密钥, 以及预先分配的 32 位计算机网络地址, 用于配置设备, 类似于静态IP地址分配.
OTAA 允许设备向网络服务器提交通信请求, 然后对计算机进行身份验证并为其分配一个地址以及用于获取会话密钥的令牌. 网络和应用程序会话密钥是在连接过程中从设备上先前提供的公共应用程序密钥派生的.
带宽与 LoRa 线性调频率无关. 啁啾率为, 事实上, 与带宽成正比. 鉴于 LoRa 符号由覆盖整个频段的 2SF 啁啾组成 (SF 表示 log2 扩展因子), 啁啾幅度和带宽之间的相互作用有很多含义:
中继物理帧, LoRa采用基本结构:
每条消息都以一个向上啁啾前导码开始，该前导码通过覆盖整个频带来编码同步字. The term “sync” distinguishes the LoRa network from those operating in the same frequency range.
可选头指定有效载荷大小, 码率, 以及是否存在有效载荷 CRC.
标头后跟有效载荷和可选的 CRC.
LoRa 越来越多地用于物联网正在影响, 改变, 并管理我们周围的世界. 这项技术在可靠数据的快速交换方面取得了重大进展, 并提高了从小型企业到大城市的组织的生产力. 以下部分讨论了 LoRa 技术的重要性.
It’s as if IoT technology is maturing, 基于 LoRa 的网络越来越成为从事各种尖端物联网应用的设计工程师的首选网络的原因有很多. 当然, 可靠性, 安全, 和可扩展性很重要, but the technology’s ability to operate over distances of up to 20 公里，同时使用其他平台所需的一小部分功率也很有吸引力. 这些特性使 LoRa 成为跨智能建筑的双向数据传输的理想选择, 智慧城市, 甚至国家之间, and they will enable IoT to play an increasingly important role in virtually everyone’s lives.
由于其无与伦比的速度和信号强度, 5G技术越来越受欢迎. 它将使连接的设备能够共享数据高达 50% 更快，更大的块, 为所有行业的革命铺平道路.
在给定位置创建 5G 网络, 特定网络必须从头开始构建. 尽管 5G 早于 4G, 它需要现代路由器, 结构网络, 和发射塔.
这种基础设施成本高昂，需要大量时间安装. 根据欧盟委员会, bringing 5G to any town and city in Europe would cost €500 billion.
此外, 到目前为止，客户和供应商对 5G 技术不冷不热，因为它对人类健康有规定的影响.
LoRa/LoRaWAN 将执行与 5G 相同的大部分活动, 尽管速度较慢且成本较低. It’s doubtful that you’ll use LoRa to submit video or audio. LoRa的速度介于 0.3 和 27 千比特每秒, 这确保传输图片需要几个小时，而流式传输视频则需要几十年.
洛拉, 另一方面, 有很多其他应用.
该系统是为工业物联网传感器而创建的, 不适用于消费电子产品. It’s used to send small data packets (大约 240 字节) and doesn’t have a network IP stack. 因此, LoRa 将传递温度, 湿度, 振动, 照明, 和其他相关细节.
窄带物联网 (窄带物联网) 某些支持 LoRa 的计算机使用网络. NB-IoT 是一种低功耗广域网 (低功耗广域网) 由产生 4G 和 5G 协议的同一组织制定的规范.
换一种方式, 这是一种蜂窝技术:
NB-IoT 不需要建设一些特定的基础设施; 它只需要安装应用程序. 因此, 像这样的网络将迅速扩展以覆盖数百万用户. 然而, 与 LoRa 系统相比, 这种设备的数量要少得多.
最大的缺陷是NB-IoT耗电大, 这会导致电池电池很快耗尽.
NB-IoT 依赖于逐跳加密, 越来越过时, 而 LoRaWAN 采用端到端加密, 这是一种新的安全协议机制.
AWS LoRaWAN IoT 是 LoRaWAN 的未来. AWS 将 LoRa 和 IoT 结合在一起，形成一个可管理的云平台. 通过 LoRaWAN 网关, LoRaWAN 设备与 AWS IoT Core 连接. AWS IoT 规则会将 LoRaWAN 系统消息提交给其他 AWS 资源并对其进行处理以格式化结果.
AWS IoT Core 需要控制和连接 LoRaWAN 网关和设备的服务和系统策略由 LoRaWAN AWS IoT Core 管理. 定义将系统数据提交给其他提供商的 AWS IoT 规则的目的地也由 LoRaWAN IoT Core 管理.
LoRa 是一种获得专利的扩频频谱. 在 2008, 法国公司 Cycleo 获得了该技术的专利, 并在 2012 Semtech 买了. 从那一刻起, LoRaWAN 起飞. Semtech 在新技术上成功吸引了 IBM 和 Cisco 的注意, 后来加入了 LoRa 联盟.
罗拉万 (远程广域网) 部署在免许可频谱中.
LoRaWAN 网络中的设备异步传输要发送到网关的数据. 接收此信息的几个网关然后将数据包发送到网络上的中央服务器, 从那里到应用服务器.
LoRa 联盟是控制全世界协议的联盟. 联盟汇集了 500 硬件和软件公司以及 LoRaWAN 运营商.
LoRaWAN 通信服务由 42 运营商超过 250 世界各地的城市.
The “Lora物联网设备通过温度采集各种生长环境信息” (a channel connecting end devices to the operator’s access point), 使用 LoRaWAN 技术构建, 可以用三个特征来表征: “far, 长期自主, and economical”.
LoRaWAN 网络具有高部署速度 (从两天) 和简单的调试. 星型拓扑为每个基站创造了很大的覆盖半径，并消除了中间设备.
感谢 ADR (自动调整数据速率) 模式, 终端设备仅在数据传输期间处于活动状态. 这个, 再加上发射器本身的低功耗, 允许设备自主运行长达 10 一块电池的年数, 以及增加与一个基站通信的设备数量并扩展网络.
基站和终端节点的低成本允许实现一些解决方案 10 与 ZigBee 或 GSM 等低电流系统相比，成本要便宜几倍 / GPRS.
LoRa 是一个开放标准, 这避免了垄断和对特定设备制造商的依赖. 开放性的另一个优势是将使用该技术的开发商和制造商统一为联盟, 这使它能够更快、更有效地开发和推广.
因为这些特点, LoRaWAN 非常适合对长距离通信稳定性和低功耗要求高的系统, 允许终端设备自主工作且长时间无需充电. 因此, it is possible to assemble various types of devices into a single system – street lights, 用于住房和公共服务消费的计量装置 (电, 水, 气体, 热), 车队 (运动控制, 燃油消耗), 安全装置 (访问控制), 等等. , 以及在通信服务领域创建全新的解决方案, 监控, 远程信息处理, 远程机械, 调度, 问, APCS, 智能家居和智慧城市系统, 等等.
LoRaWAN 通常分布在未经许可的频谱中, 允许每个人构建基于 LoRaWAN 的 IoT/LPWAN 网络. 因此，三种实现模型是可能的:
基于运营商: 在这种传统模式下, 运营商投资建设全国网络，只为用户提供连接服务.
企业为本: 由于 LoRaWAN 在未经许可的频谱中运行，因此网关相对便宜且易于安装, 这种模式允许商业客户建立自己的专用网络.
混合模型: 由于其开放式设计, LoRaWAN 创造了最有趣的混合范式, 这在其他竞争对手的 LPWA 或蜂窝物联网技术中是不可行或困难的 (由于许可频谱). 3GPP内部, 有像CBRS这样的项目, 但是它们仍在开发中，远未为大规模物联网部署做好准备. 这种模式允许公私合作共享网络费用和销售额，同时仍然密集应用程序和服务最流行的网络. 由于多个网关将接受 LoRaWAN 消息, 和网络服务器消除冗余, 这个模型是可能的. 在网络由多个运营商/企业运营的情况下, LoRa 联盟已经接受了允许运营商共享网络的漫游架构. 这种模式减少了运营商的支出，同时仍然提供了一种变革性的商业模式，用于在最需要的地方部署物联网功能. 我们在论文的最后一部分说明了 LoRaWAN 的潜力如何随着网关密度而显着扩展.
Imagine a world without light...scary, 正确的? We’d all be stumbling around in the dark like…