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為什么ZigBee和wifi那么好用 還是選擇了lora呢?

就在ZigBee和ZWave兩家網(wǎng)絡(luò)技術(shù)明爭暗斗的·時候,一種新型的可遠距離傳輸數(shù)據(jù)并且有著超低能耗的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)悄悄地發(fā)展起來,這種技術(shù)叫LoRa,是由升特公司(Semech)發(fā)布的一種專用于無線電調(diào)制解調(diào)的技術(shù),它與其他如FSK(頻移鍵控)、GMSK(高斯最小頻移鍵控)、BPSK(二進制相移鍵控)及其派生的調(diào)制方案形成競爭關(guān)系。
  
LoRa

 
LoRa融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù),擁有前所未有的性能。此前,只有那些高等級的工業(yè)無線電通信會融合這些技術(shù),而隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。
 
前向糾錯編碼技術(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)傳輸進程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。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)包分組建立起來且注入前向糾錯編碼以保障可靠性,這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字擴頻調(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“展擴器”中,將每一比特時間劃分為眾多碼片。LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后,可劃分的范圍為64-4096碼片/比特。AngelBlocks配置調(diào)制解調(diào)器可使用4096碼片/比特中的最高擴頻因子(12)。相對而言,ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。
 
通過使用高擴頻因子,LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。實際上,當(dāng)你通過頻譜分析儀測量時,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)實際上可以從噪音中被提取出來。其實,擴頻因子越高,越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。
 
在一個運轉(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,采用配置AngelBlocks的方式,LoRa可解調(diào)一個信號,其信噪比為-20dB,GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB,這相當(dāng)于范圍和距離擴大了很多。在戶外環(huán)境下,6dB的差距就可以實現(xiàn)2倍于原來的傳輸距離。
 
為了有效地對比不同技術(shù)之間傳輸范圍的表現(xiàn),我們使用一個叫做“鏈路預(yù)算”的定量指標。鏈路預(yù)算包括影響接收端信號強度的每一變量,在其簡化體系中包括發(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無線技術(shù),需要5W的功率(37dBm)才能達到相同的鏈路預(yù)算值。在實踐中,大多GFSK無線技術(shù)接收端靈敏度可達到-103dBm,在此狀況下,發(fā)射端發(fā)射頻率必須為46dBm或者大約36W,才能達到與LoRa類似的鏈路預(yù)算值。
 
因此,使用LoRa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。
 
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OpenRF協(xié)議
 
目前已有很多“標準化”協(xié)議應(yīng)用于家庭自動化領(lǐng)域,ZigBee和ZWave是兩種主流的選擇,另外還有6LowPan以及其他協(xié)議。
 
大多數(shù)協(xié)議或多或少依賴無線網(wǎng)格(mesh)組網(wǎng),有些依賴整體系統(tǒng)來達到合理地傳輸距離,不過這無法使用電池供電。
 
LoRa采用點對點通信方式,實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)哪康模覀儫o需網(wǎng)格化網(wǎng)絡(luò)。實際上,我們需要一個“輕量級”協(xié)議,適用于長期以電池供電的方式。
 
OpenRF是為電池供電的應(yīng)用而開發(fā)的,例如水表和燃氣表數(shù)據(jù)讀取。OpenRF為媒介接入層(MAC Layer)定義了一個標準化的界面,允許其余各種各樣射頻集成電路裝置(RFICs)協(xié)同工作。OpenRF還提供了一個支持32位設(shè)備地址的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)層來保證消息傳遞,還有多重的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。理論上來說,OpenRF也可支持無線網(wǎng)格組網(wǎng),雖然我們目前沒有那種功能性要求。
 
OpenRF提供兩個接口,其中API接口允許在一個微控制器的嵌入式應(yīng)用中集成OpenRF,我們用這一界面構(gòu)建了AngelBlocks的應(yīng)用。另一接口為指令接口,它允許外部主控制器在串行鏈路上使用AT指令集來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。我們的應(yīng)用開發(fā)適配器在一個主機上使用指令接口控制AngelBlocks,其中Arduino和Pi適配器使用一個TTL級別的串行端口,PC/MAC適配器使用一個USB/COM端口,同一指令接口均可使用。
 
LoRa的騰空出世驚呆了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物ZigBee和ZWave,打得這些大佬們措手不及。超低功耗和遠距離的傳輸使得LoRa剛被人知曉就獲得超高的人氣,在這個物聯(lián)網(wǎng)時代,LoRa這種專用于無線電調(diào)制解調(diào)的技術(shù)被運用的領(lǐng)域?qū)絹碓綇V泛,將使得物物相連趨向柔性化,未來市場潛力巨大。
 
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目前,相對于NB-IoT,LoRa是當(dāng)前最成熟、穩(wěn)定的窄帶物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù),其自由組網(wǎng)的私有網(wǎng)絡(luò)遠優(yōu)于運營商持續(xù)不斷收費的NB網(wǎng)絡(luò),且LoRa一次組網(wǎng)終身不需繳費。但是應(yīng)用LoRa進行物聯(lián)網(wǎng)通訊開發(fā)難度大、周期長、進入門檻高。據(jù)了解,為降低物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)創(chuàng)業(yè)者進入門檻,協(xié)成智慧提供了一整套成熟LoRaWAN源代碼+LoRa Gateway網(wǎng)關(guān)定制方案,極大縮減了創(chuàng)業(yè)者在物聯(lián)網(wǎng)鏈路調(diào)通上所耗費的半年周期與巨額開發(fā)代價,便于快速切入物聯(lián)網(wǎng)具體應(yīng)用,打造屬于自己的獨立物聯(lián)網(wǎng)運營品牌。
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