通信和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的重要組成部分。沒有它們,就不可能實(shí)現(xiàn)用于創(chuàng)建智能應(yīng)用的設(shè)備互連和數(shù)據(jù)交換。
好在,關(guān)于此類協(xié)議有多種選擇,具有不同的技術(shù)特征和實(shí)用程序,每一種都適用于特定領(lǐng)域和用例場景。
最流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一,尤其是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中使用的是遠(yuǎn)程廣域網(wǎng),也稱為LoRaWAN。特定技術(shù)的定義是其低功耗要求和遠(yuǎn)程功能,同時(shí)增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的整體功能。
本文將研究LoRaWAN的官方定義,同時(shí)試圖從技術(shù)上進(jìn)行解釋,以便通過描述協(xié)議規(guī)范來理解和繼續(xù)。
在深入研究協(xié)議的定義之前,先了解一些關(guān)于其起源的重要事實(shí)。
LoRaWAN由LoRa聯(lián)盟開發(fā),該聯(lián)盟成立于2015年,擁有500多個(gè)成員,包括物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)提供商、制造商和電信企業(yè)。
LoRaWAN于2009年由格勒諾布爾企業(yè)Cycléo的創(chuàng)始人開發(fā),該企業(yè)于2012年被Semtech收購。三年后,Semtech成立了LoRa聯(lián)盟,這是一個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì),目前擁有500多個(gè)成員,包括物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和服務(wù)提供商、制造商和電信企業(yè)。Semtech正是通過這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來推廣協(xié)議并在全球范圍內(nèi)開發(fā)其用途。
此外,LoRaWAN是一種介質(zhì)訪問控制(MAC)層協(xié)議,于2021年成為國際電信聯(lián)盟(ITU)官方認(rèn)可的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)標(biāo)準(zhǔn)。
LoRa聯(lián)盟官方發(fā)布的定義如下:
“LoRaWAN?規(guī)范是一種低功耗、廣域(LPWA)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,旨在將電池供電的“事物”無線連接到區(qū)域、國家或全球網(wǎng)絡(luò)中的互聯(lián)網(wǎng),并針對(duì)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)要求,例如如雙向通信、端到端安全、移動(dòng)性和本地化服務(wù)?!?/p>
LoRaWAN結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的無線互連功能,同時(shí)為最終用戶保留了重要的功能。
下面一行一行地詳細(xì)解釋這個(gè)定義。
“LoRaWAN?規(guī)范是一種低功耗廣域(LPWA)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”——LoRaWAN是一種具有低能量要求但支持更大區(qū)域的通信協(xié)議。
“旨在將電池供電的‘事物’無線連接到區(qū)域、國家或全球網(wǎng)絡(luò)中的互聯(lián)網(wǎng)”——其能夠通過互聯(lián)網(wǎng)無線互連物聯(lián)網(wǎng)電池供電設(shè)備,支持從本地到全球級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)。
“并針對(duì)關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需求,例如雙向通信、端到端安全、移動(dòng)性和本地化服務(wù)。”——作為一種協(xié)議,其旨在進(jìn)一步增強(qiáng)重要的物聯(lián)網(wǎng)需求,例如雙向通信和數(shù)據(jù)傳輸、從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的安全數(shù)據(jù)傳輸、支持便攜性和協(xié)助實(shí)時(shí)跟蹤功能。
其技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)是與LoRa的連接,LoRa是Semtech開發(fā)的一種無線調(diào)制方案。具體來說,由于其MAC特性,其作為LoRa的擴(kuò)展,并將支持的節(jié)點(diǎn)以星形拓?fù)洳渴鸬絃oRa系統(tǒng)中。
LoRaWAN的主要特點(diǎn)如下:
遠(yuǎn)距離通信范圍,具體取決于應(yīng)用。
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間長達(dá)10年,根據(jù)LoRaWAN規(guī)范中提供的不同類型類別,能源消耗會(huì)受到影響。
對(duì)操作條件和維護(hù)以及選定的設(shè)備都有低成本要求。
通常情況下,其支持用于通信和數(shù)據(jù)交換的免許可頻譜,但在某些地區(qū)可能會(huì)有特定規(guī)定。
數(shù)據(jù)速率取決于要傳輸?shù)挠行ж?fù)載大小。其范圍是0.3kbps~50kbps,有效負(fù)載大小為51字節(jié)~241字節(jié)。
考慮到協(xié)議的技術(shù)特性及其定義的功能,可以看看其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。先說優(yōu)點(diǎn):
從其定義和技術(shù)特征中可以看出,LoRaWAN協(xié)議的最大優(yōu)勢之一是其低功耗要求和增加的電池容量,以及遠(yuǎn)距離能力。這使其成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能解決方案部署的完美解決方案。該協(xié)議通過專用網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)運(yùn)行良好,并允許在某些情況下使用傳感器從地下設(shè)備收集數(shù)據(jù)。
實(shí)際上,該協(xié)議同時(shí)支持公共網(wǎng)絡(luò)和專用網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議還支持實(shí)時(shí)跟蹤服務(wù)和地理定位,無需GPS芯片組。
但是,其也有一些缺點(diǎn):
由于數(shù)據(jù)速率有限,其不適合大負(fù)載。其也不能支持多媒體文件,如音頻或視頻。另一個(gè)需要考慮的因素是,根據(jù)安裝的傳感器,有時(shí)可能會(huì)有輕微的延遲。事實(shí)上,對(duì)于C類傳感器,指令(下行鏈路)在編程后立即發(fā)送,并且沒有延遲。對(duì)于A類傳感器,指令在傳感器向服務(wù)器發(fā)送消息后執(zhí)行。
以下是A&C類設(shè)備的一些用例:
-使用恒溫閥創(chuàng)建簡單的加熱調(diào)節(jié)。
-使用干接觸傳感器監(jiān)控開/關(guān)繼電器。在這些示例中,對(duì)于響應(yīng)式調(diào)節(jié)或快速開/關(guān),建議使用C類設(shè)備。
最后,根據(jù)用例和使用的頻率類型,可能需要進(jìn)行額外設(shè)置以避免潛在干擾。
LoRaWAN通信協(xié)議是一種遠(yuǎn)程、低功耗無線協(xié)議,旨在將物體連接到互聯(lián)網(wǎng),例如傳統(tǒng)蜂窩連接無法選擇或成本高昂的環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)傳感器。由于其使用壽命和成本,其是智能建筑的有效且可持續(xù)的解決方案,可以改善建筑物的能源性能、舒適性、空氣質(zhì)量、安全性或設(shè)備管理。