网络架构
频谱策略
(四)民用计量仪表 n用于电力、热力、水务、燃气等公用计量业务。在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用,任意时刻限单个信道工作。n民用计量仪表设备应当具备“发射前搜寻”等干扰规避功能,且不能被用户调整或关闭。 n若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时,不得在当地使用;若对当地声音、电视广播接收产生干扰时,应立即停止使用,待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。1. 使用频率:470-510MHz。2. 发射功率限值:50mW(e.r.p)。3. 发射功率谱密度限值:占用带宽小于等于200kHz的,为50mW/200kHz(e.r.p) ; 占用带宽200-500kHz的,为10mW/100kHz(e.r.p)。4. 单次发射持续时间:不超过1秒。5. 占用带宽:不大于500kHz。6. 频率容限:100 × 10-6。
注意事项
基于上述要求,使用 LoRaWAN 时应注意以下几点:
1. 单终端及网关设备,不能同时使用两个及以上信道发送数据,但接收数据可以。
2. 发送功率加上天线的增益不能超过 17dBm,即 50mw。
3. 单次发送数据的空中时长 ToA 应不超过1s,根据 semtech 官方提供的 计算公式 计算 ToA。
应用特征
LoRaWAN 并不适用每一种通信应用场景,使用者应根据 LoRaWAN 的特点来适配应用场景。
适用场景
长距离:根据不同的遮挡环境,可以覆盖几公里到几百公里,一般视距可达 10Km。
低功耗:典型场景下使用电池供电可以工作数年的时间。
低成本:通信模组成本可控制在 40RMB 以下,随着时间增长,成本会逐步降低。
低带宽:通信速率 250bits 到 5Kbits 不同的调制方式下均适用(SF7 到 SF12)。
按需部署:不需要依赖运营商的基站,可根据应用需求灵活部署网关。
安全:端到端128位 AES 加密。
不适用场景
实时数据:按秒为单位实时的上传应用数据的场景。
语音通信。
实时及高并发的下行控制场景。
大带宽:大数据包传输场景,LoRaWAN 物理层单个数据帧仅支持 242 字节传输。
关键功能及参数
工作模式
双向传输终端(Class A):Class A 的终端在每次上行后都会紧跟两个短暂的下行接收窗口,以此实现双向传输。终端基于自身通信需求来安排传输时隙,在随机时间的基础上具有较小的变化(即 ALOHA 协议)。Class A 操作为应用提供了最低功耗的终端系统,只要求应用在终端上行传输后的很短时间内进行服务器的下行传输,服务器在其他任何时间进行的下行传输都需要等终端的下一次上行。
划定接收时隙的双向传输终端(Class B):Class B 的终端有更多的接收时隙。除了 Class A 的随机接收窗口,Class B 设备还会在指定时间打开其他的接收窗口。为了让终端可以在指定时间打开接收窗口,终端需要从网关接收时间同步的信标(Beacon),使服务器知晓终端何时处于监听状态。
最大化接收时隙的双向传输终端(Class C):Class C 的终端基本处于一直打开接收窗口的状态,只在发送时短暂关闭。Class C 的终端会比 Class A 和 Class B 更加耗电,但同时从服务器下发给终端的时延也是最短的。
注意:
目前腾讯 LoRaServer 支持 Class A、Class C 两种模式,Class B 暂未支持。
标识符
标识符 | 说明 |
DevEUI | 64位设备终端标识符,设备唯一。 |
DevAddr | 32位设备地址,设备非唯一。 |
AppEUI | 应用标识符,目前腾讯 LoRaServer 未对 AppEUI 标识限制。 |
GatewayEUI | 网关标识符,设备唯一。 |
NetID | 腾讯使用 LoRaWAN 联盟分配地址前缀0x35(十进制53)。 |
网络接入模式
空中激活 OTAA 是目前推荐的连接方式,安全性更高,通过网络执行入网的过程,动态地生产会话密钥及 DevAddr。
本地激活 ABP 接入网络的方式更为简单直接,无需入网流程,通过本地预存的会话密钥进行加解密,但存在一些安全性的问题如重放攻击,因此不推荐使用。
注意:
目前腾讯 LoRaServer 支持 OTAA、ABP 两种网络接入模式,用户需要妥善维护设备的密钥信息。
物理调制方式及速率
物理调制方式
基于 Chirp 扩频技术,LoRaWAN 使用 LoRa 的调制方式,即使在低功率下,也有很好的抗干扰特性,且多径衰弱及多普勒效应对 LoRaWAN 的影响也非常小。LoRaWAN 的速率取决于使用的带宽及扩频因子,目前在中国区可以使用125Khz带宽,SF7到SF12等6种速率,设备端决定使用扩频因子,不同的扩频因子极大的影响传输数据所需的时间和功耗。
注意:
在信号强度满足传输的条件下,请尽可能使用较高速率的扩频因子,以减少设备使用功耗,增加电池使用寿命及增加网关接入设备数量。
自适应速率 ADR
自适应速率 ADR 是一种用于优化网络速率、传输时间和功耗的机制,设备终端具有足够的稳定的信号强度下,需要启用 ADR。
静态终端:当设备长期处于静态状态,例如水表,此时 RF 环境相对稳定,应启用 ADR 功能,确保设备在合适的速率下运行。
移动终端:当设备处于移动的状态,例如包裹跟踪定位器,则在移动的状态下应禁用 ADR,使用固定的速率发送数据,确保数据能够被稳定的接收,当设备检测到设备处于静止的状态,应在此期间开启 ADR。
注意:
终端决定是否使用 ADR 功能,并非由网络或者应用来确定。ADR 开启期间,网络会根据最近多个数据包信号及丢包状态给出合适的速率建议。