由陌生到认识——物联网LoRa技术入门简介

Posted 2022-11-12 读书叔叔

##概说
物联网大家也耳熟能详了，它将物与物、物与人组建成一个关系网，物可以知道其它物的状态，物还可以有自己的思想（MCU)，物可以联系人，人可以沟通物、操控物，这些都是物联网的功能。下面介绍一种物联网的组网技术，它的名字叫LoRa。

很早之前，LoRa相对我来说，是非常陌生的，经过各方面的介绍，我开始认识LoRa， 它是物联网新贵，在众多物联新星中脱颖而出，直到现在亮瞎大家的眼睛。

我认识LoRa是通过 [Dragino] (www.dragino.com) 的LoRa网关和LoRa节点 来认识的。

那么，什么是LoRa？

LoRa是一种无线技术，和wifi相似，对比wifi， LoRa技术的特点是低功耗和传输距离远。

无线技术是现今科技发展基石，使用这种技术都有共通之处，就是以光速的速度通过空气传播，非专业学徒很难理解，我只能把它和声音的传播联系在一起，远方传来的声音，传播的方式就是无线技术传输数据的方式，我们的耳朵可以将声音捕获并过滤出声音所表达的信息，无线技术也是靠类似于嘴巴和耳朵这类功能性器件来发送和接收信息。

好吧，抛开无线技术的原理吧！我也不认识！

使用LoRa技术的节点功耗有多低？ 它的静态电流小于1微安，接收电流不到5毫安，发射电流（最大功率发射）大概50毫安，计算一个节点每天发射10次（500毫安），接收10次（50毫安），一天才耗电550毫安，一个AA电池就可以应付十天半月，每天发射和接收数据10次，对大多数物联节点来说都是非常频繁的了，很多应用节点大部分时间都是静伏状态，这意味着，一节AA电池可以供养它一年两年。

LoRa的传输距离有多远？ wifi只能宅在一个百平方左右的房子里，出不了街，LoRa，它可以越过数栋高楼，飞到几公里外的公园小角，在空旷的地方，LoRa甚至可以到十公里这外的范围游荡，它比无处不在的移动电话基站的覆盖的范围都要广很多。

和LoRa相关的技术

值得关注的是：

• wifi设计了一个WifiHalow，是专门为物联网而设计的WIFI网络，目前还在发展阶段。

• UWB超宽带技术，它使用的频段是3.1~10.6GHz，相比于LoRa，它的特点是传输速率高，速率高达1Gb/s，但它的成本比较高和传输距离比较短（10米）。

其它相关的的技术：NB-IOT、BLE、NFC、ZigBee、RFID，目前来说不是我的关注点。

怎样才算认识LoRa呢?

最好的方法是将LoRa的产品买回来实践，我们可以买一个LoRa网关（网关相当于wifi的路由器）和若干个LoRa节点（1个节点），将网关和节点通电后，进行相关配置，就可以组建成一个LoRa网络。

认识LoRa就要认识它的配置参数

• SF: 扩频因子，这是LoRa的数据构成的方法，SF的取值范围是5到12，可以粗略理解为数据的膨胀率，数字越大数据就胀得越多，传输速率就越慢（因为传输的无用数据增多了，有用数据就传输得慢）。

• CR：编码速率，CR的参数范围是1到4，LoRa数据传输前进行编码，数据被分成若干组，每组只有4位（4b），然后根据CR参数填入CR位，如果CR是1，就在4b的基础增加1位校验，如果CR是2就增加2位，如此类推。

• BW: 带宽， 当前LoRa支持的带宽范围是 7.8~500kHz，带宽是数据传输的通道，带宽越大传输速率越快，就比如成水管，水管的管径越大，水流量就大，接满一桶水的速度自然就快很多。

• NF: 无线电噪声系数（dB），这是杂质，比如自来水，如果有杂质，就需要添加净水器过滤，过滤规格需要多高，就看杂质系数有多大。

• FREQ: 数据传输的中心频率，LoRa的使用的是Sub-1G ISM频段，FREQ可以设置的范围是150MHz~960MHz，具体设置视国家地区对频带的管制规定，当然还要看节点和网关的射频前端是否支持。

• PR: PreambleLength，前导码长度，设置范围是6~255个码元，前导码——顾名思义，是放在数据包前面的一组特定数据，用来使网关或节点识别是否是LoRa数据的一组标识，通信设备之间，前导码要相同一致才能相互交往。PR数值越大，相对接收机来说会更容易识别和初接收。

• NS： 数据处理的网络服务器，数据包从节点发来，被网关接收到，再被网关转发到网络服务器。我们使用设备的目的是获取物体的数据，LoRa是我们取得数据的通道。

不得不认识的LoRaWan

LoRaWan是应用LoRa技术传输的数据的封包方式，和TCP/IP协议有相似的地方，是LoRa应用的一种标准协议，它的作用是使数据形成统一的格式，并利用加密的技术保护通过LoRa传输的数据。

使用LoRaWan协议可以为节点分配唯一的DevAddr，在网络服务器上通过DevAddr就可以有效管理不同的节点。

LoRaWan对节点有入网的要求，需要在LoRaWan网络服务器为节点预先分配好密钥，当节点通电启动时，会向服务器发出入网请求，LoRaWan服务器收到请求后会下发给网关相关应答。

LoRaWan的激活（入网）

1. LoRaWan入网激活方法：
   • OTAA 空中激活，节点设备可以灵活部署，节点通过发送入网请求到服务器进行动态激活。
   • ABP 独立激活，节点设备在出厂时就已经绑定入网。
2. LoRaWan入网相关配置
   • DevEUI： 节点的ID， 节点的名称吧！ 标识唯一的节点。
   • AppEUI: 标识应用程序的提供者，在入网之前就已经存储在节点中。
   • AppKey： 应用程序提供者提供给节点的密钥，用来产生会话密钥NwkSkey和AppSkey，这两个密钥分别用来加密和校验网络层和应用层的数据。
   • Devaddr：入网后分配的节点地址

结尾

对LoRa还处于认识的阶段，不是很熟，有很多特性和相关知识并没有深入了解，期待与它相熟。