為什么ZigBee和wifi那么好用 還是選擇了lora呢？
2017-10-09 17:20:38 來源：物聯(lián)成網(wǎng) 熱度:
就在ZigBee和ZWave兩家網(wǎng)絡(luò)技術(shù)明爭暗斗的·時(shí)候，一種新型的可遠(yuǎn)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(jìn)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?jǐn)U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(jìn)程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時(shí)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?jǐn)U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(kuò)器”中，將每一比特時(shí)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(kuò)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(kuò)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(shí)際上，當(dāng)你通過頻譜分析儀測量時(shí)，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(shí)際上可以從噪音中被提取出來。其實(shí)，擴(kuò)頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。
在一個運(yùn)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(kuò)大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以實(shí)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(biāo)。鏈路預(yù)算包括影響接收端信號強(qiáng)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(dá)到相同的鏈路預(yù)算值。在實(shí)踐中，大多GFSK無線技術(shù)接收端靈敏度可達(dá)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(dá)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。
OpenRF協(xié)議
目前已有很多“標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到合理地傳輸距離，不過這無法使用電池供電。
LoRa采用點(diǎn)對點(diǎn)通信方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪康模覀儫o需網(wǎng)格化網(wǎng)絡(luò)。實(shí)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?xì)獗頂?shù)據(jù)讀取。OpenRF為媒介接入層（MAC Layer）定義了一個標(biāo)準(zhǔn)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?fù)浣Y(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(jī)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(yuǎn)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(shí)代，LoRa這種專用于無線電調(diào)制解調(diào)的技術(shù)被運(yùn)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。
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(yuǎn)優(yōu)于運(yùn)營商持續(xù)不斷收費(fèi)的NB網(wǎng)絡(luò)，且LoRa一次組網(wǎng)終身不需繳費(fèi)。但是應(yīng)用LoRa進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)通訊開發(fā)難度大、周期長、進(jìn)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(jìn)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(fèi)的半年周期與巨額開發(fā)代價(jià)，便于快速切入物聯(lián)網(wǎng)具體應(yīng)用，打造屬于自己的獨(dú)立物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營品牌。
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責(zé)任編輯：吳一波
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