1、第2章 LoRa无线通信技术开发2.1 LoRa无线通信技术开发基础EducationSolutions目录ContentsInternet+项目场景LoRa传感网概述LoRa网络架构LoRa实际技术应用项目实践17:41 / 3项目场景传统畜牧业要么是厂房养殖，要么就放养。厂房养殖的优势在于养殖稳定，方便管理，但出产的农产品质量不高。另一种为放养方式养殖成本较低，同时出产的产品质量高但较难管理。所以为了降低畜牧业的管理成本和调高肉禽质量，可以通过引入智慧畜牧系统对畜牧养殖进行协助管理。通过智慧畜牧系统的管理，可有效降低畜牧管理成本，提高管理效率。通过提高产品质量检测，实现畜牧业良性发展。传统
2、牧场如下图所示。17:41 / 4任务目标以LoRa智慧畜牧系统设计为例，学习和了解LoRa网络的网络特性，网络配置参数，以及LoRa网络的网络应用场景。17:41 / 5LoRa传感网概述LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。17:41 / 6LoRa传感网概述LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。LoRa技
3、术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点，这使得该方案（终端+网关）成为物联网大规模推广应用的一种理想的技术选择。LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。无线传感网络长距离大容量扩频正交安全低功耗一网络多网关免执照频段u LoRa网络特性17:41 / 7LoRa网络架构u LoRa网络架构LoRa整体网络结构分为终端、网关、网络服务、应用服务几个功能，一般LoRa终端和网关之间可以同过LoRa无线技术进行数据传输，而网关和核心网或广域网之间的交互可以通过TCP/IP协议，当然可以是有线连接的以太网，亦可以为3G/4G类的
4、无线连接。为了保证数据的安全性、可靠性，LoRaWAN采用了长度为128比特的对称加密算法AES进行完整性保护和数据加密。17:41 / 8LoRa网络架构u LoRa网关LoRa网关位处LoRa星形网络的核心位置，是终端和服务器（Server）间的信息桥梁，是多信道的收发机。LoRa网关有时又被称为LoRa基站或LoRa集中器，虽然定义不同，但其实是同一含义。LoRa网关使用不同的扩频因子，不同的扩频因子两两正交因而理论上可以在同一信道中对多条不同扩频因子的信号进行解调。网关与网络服务器间通过标准IP进行连接，终端通过单跳与一个或多个网关进行通讯，所有的终端通讯都是双向通讯，同时也支持软件远
5、程升级等。LoRa网关接入的节点数取决于LoRa网关所能提供的信道资源以及单个LoRa终端占用的信道资源。Semtech官方采用SX1301芯片作为LoRa网关标准参考设计，理论上来说，单个SX1301芯片拥有8个信道，在完全符合LoRaWAN协议的情况下最多每天能接收1500万个数据包。如果某应用发包频率为1包/小时，单个SX1301芯片构成的网关能接入62500个终端节点。当然，这只是一个理论值，网关接入终端数量最终还是与网关信道数量、终端发包频率、发包字节数和扩频因子息息相关。17:41 / 9LoRa网络架构u LoRa终端- Class A双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通
6、信，每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输时隙是基于其自身通信需求，其微调基于ALOHA协议。Class A设备的功耗最低，基站下行通信只能在终端上行通信之后，服务器能很迅速的进行下行通信，任何时候，服务器的下行通信都智能在上行通信之后。17:41 / 10LoRa网络架构u LoRa终端- Class B具有预设接收时隙的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收一个Beacon信标，通过Beacon信标将基站与模块的时间进行同步。这种方式能够使服务器知晓终端设备正在接收数据。17:41 / 11Lo
7、Ra网络架构u LoRa终端- Class C具有最大接收窗口的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。Class C设备拥有最长的接收窗口，也最耗电。17:41 / 12LoRa网络架构u LoRa网络参数网络参数发射功率发射频率带宽扩频因子编码率前导码长度网络IDLoRa节点要实现组网需要配置四个网络参数，其中只有当一个节点配置的四个参数与LoRa AP搭建的网络参数相同，这个LoRa节点才能够加入到LoRa AP所组建的LoRa网络中。LoRa网络组建参数分别为：发射频率（基频）、带宽、扩频因子和编码率。发射功率主要控制芯片信号强度，同样作为LoRa的配置参数
8、之一。17:41 / 13LoRa网络架构一点对一点通信，多见于早期的LoRa技术，A点发起，B点接收，可以回复也可以不回复确认，多组之间的频点建议分开，如下图所示。单纯利用LoRa调制灵敏度高的特性，目前主要针对特定应用和试验性质的项目。优点在于最简单，缺点在于不存在组网。u 点对点通信17:41 / 14LoRa网络架构一点对多点通信，N个从节点轮流与中心点通信，从节点上传，等待中心点收到后返回确认，然后下一个节点再开始上传，直到所有N个节点全部完成，一个循环周期结束，如下图所示。该结构本质上还属于点对点通信，但是加入了分时处理，N个从节点之间的频点可以分开，也可重复使用。优势在于单项目成
9、本低，不足之处是仅适合从节点数量不大和网络实时性要求不高的应用。u 星状网轮询17:41 / 15LoRa技术实际应用一点对多点通信，多个从节点可同时与中心点通信，从节点可随机上报数据，节点可以根据外界环境和信道阻塞自动采取跳频和速率自适应技术，逻辑上网关可以接收不同速率和不同频点的信号组合，物理上网关可以同时接收8路、16路、32路甚至更多路数据，减少了大量节点上行时冲突的概率。该系统具有极大的延拓性，可单独建网，可交叉组网。u 星状网并发17:41 / 16LoRa应用场景应 用智能 仪表智慧农业工业自动化物流追踪智能楼宇17:41 / 17项目实践智慧畜牧系统分析17:41 / 18项目实践配置智云网关17:41 / 19项目实践网关的LoRa组网连接如下图:17:41 / 20项目思考LoRa网络特点有哪些？LoRa的网络应用？LoRa组建的物联网系统结构是怎样的？
