描述

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嘿，怎么了，伙計們！來自 CETech 的 Akarsh。

如果您有很多與 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)等相關(guān)的問題，那么您應(yīng)該閱讀這篇文章，因為今天我們將深入了解 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)、它們的用途、工作方式、類型等.

我們之前的一些項目與 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)有關(guān)，例如使用 TheThingsNetwork和基于 LoRaWAN 的 GPS Tracker設(shè)置LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)，但今天我們不會做任何類似的事情。我們將詳細(xì)討論 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)，這也將消除您對使用 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)的一些疑問。如果您對 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)感興趣，請嘗試一下。

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PCBGOGO成立于2015年，提供一站式PCB組裝服務(wù)，包括PCB制造、PCB組裝、元器件采購、功能測試和IC編程。

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什么是洛拉？

在我們前往 LoRaWAN 或 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)之前，我們需要知道 LoRa 是什么，因為 LoRaWAN 是 LoRa 的增強(qiáng)版本，或者換句話說是更高級的版本。所以基本上，LoRa 是 Long Range 的縮寫形式。顧名思義，LoRa 是一種基于射頻的通信協(xié)議，用于以極少的功率將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)百公里的遠(yuǎn)距離。據(jù)記錄，使用 LoRa 的最長數(shù)據(jù)傳輸范圍約為。700 公里，但在該實(shí)驗中，試圖使條件更接近理想條件。您可以從此處閱讀有關(guān)該實(shí)驗的信息。在正常情況下，我舒適地觀察到了大約 8 公里的范圍，這仍然非常高。低功耗和遠(yuǎn)距離，這兩個特性使 LoRa 與眾不同。如上所述，它適用于無線電頻率范圍內(nèi)的頻帶。它根據(jù)我們使用它的位置使用免許可的亞千兆赫茲無線電頻段，例如 433 MHz、868 MHz、915 MHz 和 923 MHz。

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它基于源自啁啾擴(kuò)頻 (CSS) 技術(shù)的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，而不是像蜂窩網(wǎng)絡(luò)那樣的付費(fèi)網(wǎng)絡(luò)。我們可以使用許多 LoRa 模塊來使用 LoRa 傳輸和接收數(shù)據(jù)，它們可以在點(diǎn)對點(diǎn)模式或廣播模式下工作，但數(shù)據(jù)只會保留在這些 LoRa 節(jié)點(diǎn)和組成的網(wǎng)絡(luò)中那些節(jié)點(diǎn)。如果我們想在網(wǎng)絡(luò)之外的某個地方獲取數(shù)據(jù)，我們不能僅使用 LoRa 來做到這一點(diǎn)。這就是我們需要 LoRaWAN 的地方。在 LoRaWAN 中，我們通過網(wǎng)關(guān)將 LoRa 技術(shù)與任何其他技術(shù)（如 Wi-Fi、互聯(lián)網(wǎng)等）連接起來。這大大增強(qiáng)了 LoRa 的能力。LoRa 的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是：-

優(yōu)點(diǎn)：

• 遠(yuǎn)距離：LoRa 設(shè)備可以在 1 公里至 10 公里的距離內(nèi)傳輸信號。
• 低功耗：LoRa 端節(jié)點(diǎn)僅在固定時間喚醒，可延長電池壽命。終端節(jié)點(diǎn)電池可以使用 5-10 年。
• 安全性：在終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間使用 AES128 進(jìn)行數(shù)據(jù)加密/在應(yīng)用程序級別使用 AES128 進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。
• 低成本：以免費(fèi)頻率工作，使用該技術(shù)無需前期許可費(fèi)用。6) 輕松部署：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，易于自行部署。

缺點(diǎn)：

• 不適用于大數(shù)據(jù)傳輸。
• 不適用于連續(xù)監(jiān)測。
• 僅在固定時間喚醒，因此您無法隨時與端節(jié)點(diǎn)通信。
• 由于使用自由頻率，傳輸速度較慢且容易受到干擾。

所以這些是關(guān)于 LoRa 的一些細(xì)節(jié)。現(xiàn)在在下一步中，我們將檢查 LoRaWAN 是什么。

什么是 LoRaWAN？

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在最后一步中，我們檢查了 LoRa 是什么，并且我們還知道，每當(dāng)我們需要在 LoRa 模塊之間的網(wǎng)絡(luò)之外或在 LoRa 模塊以外的任何設(shè)備上傳輸數(shù)據(jù)時，我們需要一個帶有 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)的 LoRaWAN但是在使用 LoRaWAN 之前，我們顯然需要知道 LoRaWAN 是什么以及它的規(guī)格是什么，我們將在這一步中做這些。

LoRaWAN 是基于 LoRa 的廣域網(wǎng)的簡稱。每當(dāng)我們通過將 LoRa 與任何其他技術(shù)（如 Internet、Wi-Fi 等）相結(jié)合來使用 LoRa 時，就可以說我們正在使用 LoRaWAN。簡而言之，我們將 LoRa 網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)或任何其他技術(shù)連接起來。您可能在想 LoRa 網(wǎng)絡(luò)如何連接到 Internet。這個問題的答案是使用 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)。什么是網(wǎng)關(guān)以及它的作用將在下一步中討論。現(xiàn)在，讓我們專注于 LoRaWAN。

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LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署在星型拓?fù)渲?，其中網(wǎng)關(guān)在終端設(shè)備和中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間中繼消息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn) IP 連接連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器并充當(dāng)透明網(wǎng)橋，只需將 RF 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù)包，反之亦然。無線通信利用 LoRaò 物理層的長距離特性，允許終端設(shè)備和一個或多個網(wǎng)關(guān)之間的單跳鏈路。所有模式都能夠進(jìn)行雙向通信，并且支持多播尋址組，以便在固件無線 (FOTA) 升級或其他大規(guī)模分發(fā)消息等任務(wù)期間有效利用頻譜。

安全性是任何大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的首要考慮因素，LoRaWAN 規(guī)范定義了兩層加密：

• 終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間共享的唯一 128 位網(wǎng)絡(luò)會話密鑰。
• 在應(yīng)用程序級別端到端共享的唯一 128 位應(yīng)用程序會話密鑰 (AppSKey)。

AES 算法用于向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供數(shù)據(jù)包的身份驗證和完整性，并為應(yīng)用程序服務(wù)器提供端到端加密。通過提供這兩個級別，可以實(shí)現(xiàn)“多租戶”共享網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商無需了解用戶的有效負(fù)載數(shù)據(jù)。

這是關(guān)于 LoRaWAN 的一些信息。在下一步中，我們將了解 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)是什么，還將了解服務(wù)器在 LoRaWAN 中的作用。

LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)及其工作

在前面的步驟中，我們知道通過將基于 LoRa 的網(wǎng)絡(luò)連接到 Internet 來獲得 LoRaWAN。但是為了將 LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到 Internet，我們需要一個 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)。這里需要提到的一件事是，將 LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到 Internet 與將手機(jī)或任何其他設(shè)備連接到 Internet 完全不同。此處連接到 Internet 意味著將網(wǎng)絡(luò)連接到 TheThingsNetwork、ThingSpeak 等服務(wù)器。數(shù)據(jù)被發(fā)送到該服務(wù)器，然后我們可以在我們的非 LoRa 設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)。因此，LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)充當(dāng) LoRa 網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器之間的橋梁。通過上一行，您可能已經(jīng)了解了網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的內(nèi)容。

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它們之間發(fā)生的事情是網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的基于 LoRa 的芯片連接到 LoRa 網(wǎng)絡(luò)以連接到 Internet。這就是 LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)的工作原理。

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LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)主要根據(jù)以下兩個參數(shù)進(jìn)行分類：

位置：基于位置，我們的意思是說我們可以放置網(wǎng)關(guān)以使其安全工作的地方。此類別中有兩種類型的網(wǎng)關(guān)：-

• 室內(nèi)網(wǎng)關(guān)：這些是可以在室內(nèi)安全使用的網(wǎng)關(guān)。它們不是防風(fēng)雨的，并且可能由于外面的天氣條件而損壞。它們的身體也有通風(fēng)孔，因此將它們留在外面并不是明智之舉，因為水會進(jìn)入它們最終將它們炸掉。Dragino 的一些室內(nèi)網(wǎng)關(guān)示例包括LG308、LG01-N、LPS8等。
• 室外網(wǎng)關(guān)：與室內(nèi)網(wǎng)關(guān)不同，這些網(wǎng)關(guān)更堅固且防風(fēng)雨。它們的結(jié)構(gòu)使其防水并適合戶外使用。Dragino 的一些戶外網(wǎng)關(guān)的示例有DLOS8、OLG02等。

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通道：LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)的通道數(shù)告訴我們一個網(wǎng)關(guān)可以同時處理多少個 LoRa 網(wǎng)絡(luò)。此類別中還有兩種類型的網(wǎng)關(guān)：

• 單通道：這些網(wǎng)關(guān)可以一次將單個 LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)。他們內(nèi)部有一個 LoRa 芯片，這就是他們可以將單個 LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到 Internet 的原因。Dragino 的一些單通道網(wǎng)關(guān)的示例是LG01-N、OLG01-N等。
• 多通道：這些網(wǎng)關(guān)可以一次將多個 LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)。它們內(nèi)部有不止一個 LoRa 芯片，這使得它們能夠?qū)⒍鄠€ LoRa 網(wǎng)絡(luò)連接到 Internet。Dragino 的一些多通道網(wǎng)關(guān)的示例是LPS8、DLOS8等。

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

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在這一步中，我們將了解什么是 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，它的作用，還會提到一些當(dāng)今使用的著名服務(wù)器。

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是每個 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)的核心，它支持設(shè)備、網(wǎng)關(guān)和最終用戶應(yīng)用程序的連接、管理和監(jiān)控。其主要目標(biāo)是確保整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)路由的安全性、可擴(kuò)展性和可靠性。LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的核心組件是：-

• 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器管理安全網(wǎng)關(guān)連接和配置。它支持傳統(tǒng)的 UDP 轉(zhuǎn)發(fā)器和支持遠(yuǎn)程更新和配置的新 LoRa Basics? Station 協(xié)議。
• Network Server 實(shí)現(xiàn) LoRaWAN 協(xié)議，驗證設(shè)備的真實(shí)性和完整性，對上行鏈路進(jìn)行去重，選擇用于下行鏈路的網(wǎng)關(guān)，并發(fā)送 ADR 命令以優(yōu)化設(shè)備的數(shù)據(jù)速率。
• 應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)解密從傳感器接收到的數(shù)據(jù)，并對發(fā)送到終端設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。數(shù)據(jù)可以集成到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或物聯(lián)網(wǎng)平臺，如 AWS、Azure 和谷歌云。
• 加入服務(wù)器存儲設(shè)備根密鑰并生成會話密鑰以實(shí)現(xiàn) LoRaWAN 消息的安全傳輸。我們的可互操作全局加入服務(wù)器與我們的 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)以及第三方網(wǎng)絡(luò)集成。
• Identity Server 注冊用戶、應(yīng)用程序、設(shè)備和網(wǎng)關(guān)。這允許運(yùn)行分布在全球多個地區(qū)的可擴(kuò)展、多租戶網(wǎng)絡(luò)。

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器還連接到 Packet Broker，這是一個全球不可知的 LoRaWAN 流量交換平臺，以增加網(wǎng)絡(luò)容量。所有功能都由 API 公開，因此 LoRaWAN 堆?？梢约傻?a target='_blank' class='arckwlink_none'>公司的計費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、設(shè)備管理和組織系統(tǒng)中。現(xiàn)在使用的一些著名的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是：

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• TheThingsNetwork 平臺：TheThingsNetwork 服務(wù)器是一個開源平臺，可為您的寶貴物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)提供安全、可擴(kuò)展和可靠的 LoRa 路由。

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• Thingspeak 平臺：ThingSpeak 是一種物聯(lián)網(wǎng)分析平臺服務(wù)，可讓您聚合、可視化和分析云中的實(shí)時數(shù)據(jù)流。您可以從您的設(shè)備向 ThingSpeak 發(fā)送數(shù)據(jù)，創(chuàng)建實(shí)時數(shù)據(jù)的即時可視化，并發(fā)送警報。

除了上面提到的兩個之外，還有更多的服務(wù)器可以用作 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

影響 LoRa 性能的其他因素

到目前為止，我們對 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 網(wǎng)關(guān)和 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器有了一些詳細(xì)的了解。現(xiàn)在我們將討論一些如果管理得當(dāng)可以顯著提高 LoRa 網(wǎng)絡(luò)性能的因素。

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• 功率：是決定LoRa模塊范圍的一個非常重要的因素。LoRa 模塊具有不同的額定功率。從 25mW 到 100mW，并且也達(dá)到 1W 標(biāo)記。顯然，功率越大，模塊的范圍就越大。

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• 天線：這些在使用 LoRa 的數(shù)據(jù)傳輸中也起著非常重要的作用。我們使用的天線功率越好，LoRa 模塊的范圍就越大，另一個有幫助的因素是天線調(diào)諧。調(diào)諧良好的天線有助于增加 LoRa 模塊的范圍。
• 高度：這也是我們談?wù)?LoRa 模塊范圍時的一個重要因素。LoRa 模塊放置的高度越高，從模塊獲得的范圍就越好，因為可以清楚地看到，當(dāng)我們越過地面時，視線中的障礙物不斷減少，最終導(dǎo)致衰減減少。

所以這都是關(guān)于 LoRa 和 LoRaWAN 的。希望你喜歡它。