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LoRaWAN的理想案例和注意事项

更新时间:2018-09-17
摘要:

在了解LoRaWAN及其案例和缺点之前,了解一下它的历史非常重要。LoRaWAN(当时称为LoRaMAC)由Semtech与IBM合作开发。协议设计时的设想是:

供移动运营商网络使用
在单一协议网络中
在868 MHz频率免许可频段
这三个设想非常重要,因为在这个三个设想的基础上最终的协议具有:

1%占空比限制(适用于所有发射器和网关)
常用频道图
MAC(第2层)仅在云中处理
特别是,为了支持网关的1%占空比限制,需要进行许多权衡:

几乎所有上行链路消息都是未确认的
范围内的所有网关都可以看到所有上行流量
使用静态密钥处理所有加密
由于所有上行链路消息都是未确认和不协调的,因此LoRaWAN被认为是“纯粹的aloha”方案。这样的网络具有大约18%的效率。这意味着当LoRaWAN网络被充分利用时,82%的数据包会丢失。由于大多数消息未被确认,因此终端节点不知道其消息被遗漏。为了防止这种情况,一些用户可能更频繁地传输,从而使问题复杂化。

如果将确认添加到此系统,则效率会更高。这是因为无论何时基站正在发送,它都无法收听。终端节点不知道网关无法听到它们。由于网关只能传输1%的时间,因此只会导致大约1.65%的额外数据包丢失。

此外,如果其他人正在使用LoRaWAN网络,则他们的所有流量也会计入您的容量。这是因为所有网关都调谐到相同的公共频率。

LoRaWAN的另一个重要考虑因素是近/远问题。由于LoRa仅具有20-30dB的同信道动态范围,因此靠近网关的节点淹没了远离的节点。这在大型MNO网络中不太受关注,因为理想情况下,几个网关在范围内。


总而言之,LoRaWAN的理想案例应该具备以下特点:

需要不经常传输的简单传感器
能够接受5-85%的数据损失
控制此设备的能力很小
无法通过空中更新设备固件
部署的节点数量在几十到几百个
可以部署多个网关来覆盖每个节点
自动抄表是LoRaWAN良好用例的一个很好的例子。对于更新读数的仪表,比如每小时一次,如果错过了一些读数并不重要,只要有些读数通过即可。

稳恒的lora模块WH-L101-L-P解决了这些问题:

1. 成帧:网关每2秒发送一个帧头,其中包含有关哪些上行链路信道可用以及上行链路窗口何时打开的信息。

2. 压缩确认:在WH-L101-L-P链路中,默认情况下,所有上行链路消息都被确认。为实现此目的,所有确认被混合在一起形成一个压缩消息,所有节点(刚刚传输的)都接收到该消息。

3. 可变上行链路/下行链路时隙:网关根据排队的下行链路流量决定需要传输多长时间。它告诉节点下行链路窗口何时完成,以便节点在网关没有收听时永远不会发送。

4. 上行链路时隙:由于同步成帧,上行链路窗口开槽,增加了大约100%的容量。通过在每次传输之前添加可变CSMA窗口来进一步增加这一点。

5. 可变功率和扩频因子:终端节点接收网关成帧消息的RSSI,并动态调整其功率和扩频因子以匹配链路加上可选择的余量因子。这可以最大化容量,减少快速衰落,并防止上面提到的近/远问题。

6. 服务质量:节点向网关注册QOS因子(0-15),这限制了它们在每个帧中访问信道的能力。它还为网关提供了一种在拥塞时限制上行链路的方法。

7. 多播:通过将节点组分配到多播组,控制和文件流所需的下行链路数量是有限的。

8. 固定256字节MTU: 12字节对于大多数应用来说太小了。WH-L101-L-P提供固定的256字节MTU,并处理所有子分组化(通过SF)并在MAC层重试。

9.无线固件:由于WH-L101-L-P中强大的组播功能,固件文件可以蒸发到节点。

10. 基于PKI的会话AES密钥: WH-L101-L-P不使用固定密钥加密。每个节点使用Diffie-Helmann建立安全的AES会话,其中节点公钥由服务器提供。这在业界是众所周知的最安全的信道加密方案。