LoRa协议

LoRa协议

注意：本页提供的信息来自LoRa™Alliance于2015年1月发布的LoRaWAN Specification V1.0。LoRa联盟负责随时更改规格，恕不另行通知。RF Wireless World不对任何与此相关的问题负责。请参阅LoRa Alliance（https://www.lora-alliance.org）发布的最新规范，以了解根据LoRa标准对正在开发的产品所做的任何更改。

简介

 

LoRa技术被用作广域网无线技术。在美国（902至928 MHz），欧盟（863至870 MHz），中国（779至787 MHz）以及其他将在基于LoRa无线技术的网络中使用的区域中定义了不同的频段。它是由Samtech倡议开发的低功耗，长距离和低数据速率技术。

LoRa网络由网关，网络服务器和终端设备组成。网络拓扑是星型。终端设备也称为节点，网关在LoRa网络系统中称为基站或集中器。

终端设备和网关使用单跳指定的ISM频段进行无线连接。网关和网络服务器使用IP回程连接进行连接。

图1描绘了LoRa网络架构。客户信息数据库位于服务器中。终端设备和网关之间的通信以不同的信道和不同的数据速率传输。LoRa支持从0.3 Kbps到50 Kbps的自适应数据速率。

LoRa类型

从终端设备到网关的传输称为“上行链路”，从网关到终端设备的传输称为“下行链路”。

LoRa网络由终端设备和网关组成。基于MAC层，LoRa网络中有三类终端设备。这些类被定义为A类，B类和C类。

所有基于LoRa类的终端设备本质上都是双向的，用于通信。以下部分提到了这些LoRa类类型的基本功能。

LoRa A类终端设备

在A类中，LoRa帧具有一个上行链路时隙，后面是两个下行链路时隙。该帧符合TDD拓扑。

以下是LoRa A类终端设备的特性：
•通常将帧分为上行链路传输和下行链路传输。上行链路由1个时隙和2个下行链路时隙（或窗口）组成。
•终端设备根据需要由终端设备自行安排。它是随机决定的，类似于ALOHA协议。
•它是功耗最低的LoRa终端设备。

LoRa B类终端设备

以下是LoRa B类终端设备的功能：
•除了A类中指定的两个时隙之外，此类终端设备在下行链路期间使用额外的接收窗口。 
•B类设备将在指定的持续时间内获得额外的接收窗口。 
•持续时间由网关使用信标帧指定。 
•因此，这种方式LoRa系统在终端设备可以收听时向服务器指示。

LoRa C类终端设备

以下是LoRa C类终端设备的功能：
•除传输模式外，此类终端设备可以一直监听。因此，它非常适合需要更多下行链路传输的应用。
•C类LoRa终端设备将比A类和B类对应设备使用更多功率。 
•在服务器和终端设备之间进行数据通信的所有LoRa类终端设备中的延迟最低。

下表总结了LoRa中使用的A类，B类和C类之间的区别。

LoRa A级	LoRa B级	LoRa C级
电池供电	低延迟	没有延迟
双向通信	具有预定接收时隙的双向	双向通信
单播消息	单播和多播消息	单播和多播消息
小有效载荷，长间隔	小有效载荷，长间隔，来自网关的周期性信标	小有效载荷
终端设备启动通信（上行链路）	额外接收窗口（ping插槽）	服务器可以随时启动传输
服务器在预定的响应窗口期间与终端设备（下行链路）通信	服务器可以固定的间隔启动传输	终端设备不断接收

 

LoRa频段

LoRa无线系统在世界不同地区使用不同的频段，如美国，欧盟，中国。下表列出了频带以及LoRa信道频率。请注意，Gateway和End设备可以使用相同的频率进行传输，但是在不同的时隙。这个概念称为TDD。

地区	LoRa频段	LoRa信道频率
欧洲联盟	863至870 MHz	868.10 Mhz（由网关用于监听） 868.30 MHz（由网关用于监听） 868.50 MHz（由网关用于监听） 864.10 MHz（由终端设备用于传输加入请求） 864.30 MHz（由终端设备用于传输加入请求） ） 864.50 MHz（由终端设备用于发送加入请求） 868.10 MHz（由终端设备用于发送加入请求） 868.30 MHz（由终端设备用于发送加入请求） 868.50 MHz（由终端设备用于发送加入请求）
我们	902至928 MHz	间隔为200KHz的902.3 MHz至914.9 MHz（上行64通道） 903 MHz至914.2 MHz间隔1.6 MHz（上行8通道）  923.3 MHz至927.5 MHz间隔600KHz（下行8通道）
中国	779至787 MHz	779.5 MHz（默认信道） 779.7 MHz（默认信道）  779.9 MHz（默认信道）  779.5 MHz（由ED用于发送加入请求） 779.7 MHz（由ED用于发送加入请求） 779.9 MHz（由ED用于发送加入请求） ） 780.5 MHz（由ED用于发送加入请求） 780.7 MHz（由ED用于发送加入请求） 780.9 MHz（由ED用于发送加入请求）

ETSI为LoRa应用定义了433至434 MHz频段。它使用433.175 MHz，433.375 MHz和433.575 MHz频道。

B类终端设备在EU频段使用869.525 MHz频道。

 

LoRa协议栈

图2描绘了由应用层，MAC层，PHY层和RF层组成的LoRa协议栈。
•来自应用层的数据和在终端设备和网关之间建立连接所需的MAC命令作为MAC有效载荷传输。
•MAC层使用MAC有效载荷构造MAC帧。
•PHY层使用MAC帧作为PHY有效载荷，并在插入前导码，PHY头，PHY头CRC和整帧CRC之后构建PHY帧。
•RF层根据法规要求调制所需ISM RF载波上的PHY帧，并传输到空中。

LoRa帧由上行链路消息和下行链路消息组成。LoRa系统支持三种类型。基于这些类，LoRa框架结构各不相同。使用一个或多个网关将上行链路消息从终端设备发送到服务器。

下行链路消息从服务器传输到仅一个LoRa终端设备。这是使用与网络服务器连接的单个网关完成的。

LoRa物理层

以下是LoRa物理层（PHY）的功能：
•物理层构造帧，以便通过RF链路从MAC层传输有效载荷。
•它为整个帧插入PHDR，PHDR_CRC，前同步码和CRC。CRC字段仅在上行链路消息中可用。
•作为前导码，基于LORA，GFSK或FSK的调制技术使用特定的恒定同步字。该前导码将有助于接收器处的同步，如接收器所知。 
•PHY层根据全国范围的要求使用特定的RF频段。

LoRa MAC层

以下MAC消息在LoRa中用于在终端设备和服务器之间建立通信。 
•加入请求（从终端设备到服务器） 
•加入接受（从网络服务器到终端设备） 
•信标帧（从网关到终端设备），用于调度终端设备接收的时隙。
•确认的数据向上/向下（此消息由LoRa接收器
确认） •未确认的数据向上/向下（此消息不需要任何确认）。 
这里Up表示上行链路传输，Down表示下行链路传输。
请参阅>>内的LoRa MAC层。

下表提到了LoRa MAC消息字段，如上图-2所示。

LoRa MAC消息字段	描述
MHDR	MAC标头，单个八位字节长
MAC有效载荷	来自上层的数据
MIC	消息完整性代码，长度为4个八位字节
FHDR	帧头
FPort	可选的端口字段
FRMPayload	可选的Frame Payload字段
设备地址	设备地址
FCTRL	帧控制八位字节
FCNT	帧计数器，2个八位字节长
FOpts	用于传输MAC命令的帧选项，长15个八位字节

 

LoRaWAN MAC层执行以下功能。
•建立MAC层对等体之间的连接（即LoRa网关和终端设备之间）。
•MAC层处理来自应用层的MAC命令和数据的传输和接收。基于MAC消息类型识别所有LoRaWAN MAC消息。这显示在表-1中。
•MAC层在MAC有效载荷的开头和结尾添加MHDR（MAC头）和MIC（消息完整性代码）。MAC头大小为1个八位位组，MIC大小为4个八位位组。如上所述，MAC有效载荷携带MAC命令或数据。
•PHY层使用MAC层数据，其在开始时结合前导码，PHY头和PHY头CRC以及结束时的整个帧CRC，同时在发送端构造PHY有效载荷。反向过程即前导码，PHY头和CRC的剥离在接收端完成。有关PHY层和MAC层的功能，
请参考PHY与MAC。

MAC消息类型	描述
000	加入请求
001	加入接受
010	未经证实的数据
011	未经证实的数据下载
100	确认数据
101	确认数据下来
110	RFU
111	所有权

表-1 LoRaWAN MAC消息类型 

加入请求和加入接受：这些消息用于在LoRa终端设备和网关之间建立连接。 
确认数据消息：此消息类型需要由其接收方确认。
未确认的数据消息：此消息类型不需要任何确认。
专有：此消息类型用于合并非标准消息格式功能。
RFU：表示保留供将来使用。

图2提到了LoRaWAN PHY有效载荷，而图3提到了LoRaWAN MAC有效载荷结构的内容。有关更多信息，请参阅有关这些字段的LoRaWAN规范。

MAC命令用于服务器（即网关）和终端设备之间的网络管理。这些命令对LoRa服务器和终端设备中运行的应用程序不可见。单个数据帧由一个或多个MAC命令组成（捎带或作为单独的帧发送）。MAC命令基于大小为1个八位位组的CID字段进行隔离。CID代表Command IDentifier。这些mac命令由终端设备或网关或两者使用。

例如，
0x02 CID的值用于'LinkCheckReq'命令（由终端设备传输到网关）
0x02的值CID也用于'LinkCheckAns'（通过网关传输到终端设备）
值0x03 CID用于网关传输'LinkADRReq'命令。
终端设备也使用0x03 CID的值来发送“LinkADRAns”命令。

LoRa和其他无线技术的差别

LoRa代表长距离电台。它是主要针对M2M和物联网网络的无线技术。该技术将使公共或多租户网络能够连接在同一网络中运行的多个应用程序。这种LoRa技术将在LoRa传感器和自动化产品/应用的帮助下实现智能城市的发展。

LoRa联盟成立，旨在为M2M / IoT标准化LPWAN（低功率广域网）。该联盟的潜在成员包括Actility，Cisco，Bouygues Telecom，Proximus，SingTel，Semtech，Swisscom，IBM，SingTel，KPN等.LoRa联盟将推动LoRa协议即LORA WAN的全球成功。

LoRa无线技术是M2M和物联网的基础

下表总结了LoRa无线技术的主要特性，如范围，标准，调制方案，容量，物理层等。

规格/特征	LoRa支持
范围	密集城区2-5公里，郊区15公里
频带	ISM频段868 MHz和915 MHz
标准	IEEE 802.15.4g
调制	使用扩频调制类型，其使用宽带线性FM脉冲。在一定时段内的频率增加或频率减小用于编码要发送的数据信息。它比FSK提高了30dB。
容量	一个LoRa网关负责数千个节点。
电池	电池寿命更长
LoRa物理层	负责节点和网关之间的频率，功率，调制，信令

 

图描绘了LoRa网络。它由两个主要实体组成，例如传感器（或节点）和LoRa网关（或LoRa基站）。 

LoRa产品和LoRa设备测试

Semtech公司是LoRa无线技术产品的领导者。LoRa推出了SX127x系列RF收发器，用于支持新兴M2M / IoT市场的LoRa技术。这些收发器工作在860-1000 MHz和137-960 MHz范围内。他们还在860-1000 MHz频率范围内引入了集中器。

Semtech还为868 MHz频段提供LoRa器件评估和测试设备。LoRa基站也是由他们开发的。此外，SemTech公司开发了LoRa开发套件，可用于LoRa开发/制造公司。

Lora，INSTEON，Z-wave，Zigbee，X10，HomePlug和其他M2M物联网无线技术的区别

人们可以很容易地得出Lora和其他无线物联网技术之间的差异，如zigbee，z-wave，insteon，X10，Homeplug，EnOcean，蓝牙等。请参阅上表和物联网无线技术，其中提到了这些无线技术与覆盖范围之间的表格比较范围，操作频率，数据速率，安全性，应用程序等。另请参阅以下链接之间的差异。

 

LoRa收发器

LoRA是一种流行的无线技术，用作物联网（物联网）的广域网。

图1描述了LoRA收发器芯片中的典型组件。它由UART，处理器，GPIO，LoRA协议栈，LoRA无线电层，接口总线（例如I2C，SPI）等组成。微控制器单元使用UART与LoRA收发器连接，用于监视和控制应用。GPIO用于连接任何用户定义的硬件组件，如LED，开关等.LoRA RF层与不同频段的天线（如433和868 MHz）连接。LoRA收发器需要晶体来运行处理器和实时时钟。

Microchip LoRa收发器RN2483

Microchip提供基于LoRa技术的收发器，用于低功耗和远程无线数据通信。Microchip LoRa收发器部件号RN2483支持LoRAWAN A类协议规范。它能够使用FSK以300 Kbps的比特率进行数据通信，并且根据LoRA标准使用调制以5468 bps的比特率进行数据通信。下表提到了LoRA收发器的一些功能。

规格/特征	LoRa收发器RN2483支持
射频（RF）频段	433 MHz，868 MHz
输出功率	+14 dBm（最大），可调节
调制	FSK，GFSK，Lora支持调制
接收灵敏度	支持到-148 dBm
距离覆盖	> 15公里（郊区），> 5公里（市区）
应用	物联网，M2M等
电源电压	2.1 V至3.6 V
温度范围	-40℃至+ 85℃

有关更多信息，请访问Microchip Technology Inc.（www.microchip.com）的网站。

posted on 2018-08-29 17:09 sundaygeek 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏