LoRa实验室

物联网是个交叉学科，涉及通信技术、传感技术、网络技术以及RFID技术、嵌入式系统技术等多项知识，但想在本科阶段深入学习这些知识的难度很大，而且部分物联网研究院从事核心技术工作的职位都要求硕士学历，“LPWAN实验室”计划从收集、整理、翻译实用的物联网有关的知识着手，帮助各高校物联网专业学生利用这个实验室学习平台找准专业方向、夯实基础，同时增强实践与应用能力。虽然现在面临大学生毕业就业难的情况，但实际各行各业却急需物联网领域相关专业的人才，从目前情况来看，环保、安防、智能交通、农业、医疗推广的可能性最大，这也是成为高校热门专业的一个重要原因。从工信部以及各级政府所颁布的规划来看，物联网在未来十年之内必然会迎来其发展的高峰期。而物联网技术人才也势必将会“迎娶”属于它的一个美好时代。

LoRa开发利器——详解村田的低功耗广域网LPWAN无线模块

来源：搜狐科技村田 (Murata)加入LoRa联盟，与STMicro、Semtech合作设计了一款低功耗、微尺寸的LoRaWAN模块，该模块支持多种传感器与无线协议。Murata CMWX1ZZABZ模块具有已经取得无线管理部门的认证，可以在世界绝大部分地区使用868M、915MHz等ISM频段。经过验证的该模块可以为开发者提供卓越的软硬件LoRa平台。 1 什么是“Lora”和“LoRaWAN”？什么是LoRa？ LoRa是“Long Range”的缩写。在物理层（PHY）依靠优化的能量效率以及稳定的信号能够实现超远距离通信。什么是LoRaWAN? LoRaWAN也被称作LPWAN，代表低功耗广域网，是IoT（物联网）全球标准。LoRaWAN是LoRa联盟的基础协议。来源: SEMTECH LoRa物理层和LoRaWAN协议针对电池寿命和低成本终端设备进行了优化，可以为应用程序进行批量部署，如资产跟踪、供应链、农业、智慧城市、智能建筑、智能家居、智能计量等。想要更多了解Lora，请访问LoRa联盟网站。 2 LoRa技术的主要特性对于LoRa技术，您可以访问我们的LoRa业务合作伙伴SEMTECH了解更多。 LoRa技术的主要特性和LoRaWAN协议地理范围实现无GPS，低功耗跟踪应用低成本降低成本三种途径：基础设施投资、运营费用和终端节点传感器标准化经改进的全球互操作性能，能可以加速采用和推出基于LoRaWAN网络和IoT的应用程序低功耗协议专为低功耗设计，延长电池寿命长达20年远距离单个基站在人口稠密的城市/室内区域提供可靠连接，并可达30英里远的农村地区安全嵌入式端到端AES128加密大容量每个基站支持数百万量级消息，是为多客户服务的公共网络运营商的理想选择来源：SEMTECH 网站 (“LoRa技术和LoRaWAN协议”) 为什么选择Murata LoRa模块？ LoRa 模块 (产品信息) 零件编号/关键规格零件编号 CMWX1ZZABZ-078 多维外观 12.5 x 11.6 x 1.76 mm (max.) 包装金属屏蔽芯片组 […] Read more.

物联网（IoT）中低功率广域（LPWA）技术介绍

许多标准化工作由包括电气和电子工程师协会（IEEE），欧洲电信标准协会（ETSI）和第三代合作伙伴计划（3GPP）以及工业联盟（如WEIGHTLESS-SIG）， LORa?联盟和DASH7联盟等在内的不同的标准化机构进行的。图1提出标准的各种开发组织，文章最后的表1总结了不同标准的技术规格。一些LPWA技术的定性比较可以在相关文献中找到。并且大多数这些标准化努力还涉及本公众号前面讨论的几个专有的LPWA连接提供商。这些SDO和SIG的目标是相当多样化的。从长远来看，希望采用这些标准可能会减少LPWA市场的分散度，并使多种竞争技术能够共存。图1、各种LPWA的标准化组织 A. IEEE IEEE正在扩展其802.15.4 （参见：http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.15.4-2011.html）和802.11 （参见：http://standards.ieee.org/about/get/802/802.11.html）标准的覆盖范围并降低功耗，并提供相应的物理层和MAC层的新协议规范。IEEE提出了两个LPWA标准作为IEEE 802.15.4低速无线个人区域网络（LR-WPAN）基准标准的修订版，我们将本文中介绍。此外，本文还简要描述了为实现更长覆盖范围对用于无线局域网（WLAN）的IEEE 802.11标准的修改努力。图2、IEEE的无线标准化组织架构 1）IEEE 802.15.4k：低能量，关键基础设施监控网络：IEEE 802.15.4k任务组（TG4k）提出了一种低能量关键基础设施监控（LECIM：low-energy critical infrastructure monitoring ）应用在ISM频段（SUB- GHZ和2.4 GHz）频段的标准。这是对早期标准在满足LPWA应用所需的覆盖范围以及节点密度不足的事实的回应。 IEEE 802.15.4k修正版通过采用DSSS和FSK两个新的PHY层调制方式来弥补这一差距。可以使用范围从100kHz到1MHz的多个离散的信道带宽。 MAC层的规范也被修改以适应新的物理层。该标准支持常规的无优先级通道访问（PCA）的CSMA / CA，，以及具有PCA的CSMA和ALOHA。使用PCA，设备和基站可以优先考虑其访问介质的流量，从而提供服务质量（quality of service）的概念。像大多数LPWA标准一样，终端设备以星形拓扑结构连接到基站，并能够交换异步和调度消息。图3、IEEE的802.15.4协议架构基于IEEE 802.15.4k的基于LPWA的空气质量监测部署例子，该例子中部署了一个星形拓扑网络，其中1个接入点和5个节点部署在距离大学校园中心3公里的半径范围内。接入点工作在433 MHz频段的频谱上。使用15 dBm的发射功率，收发信机可以根据数据速率要求支持不同的灵敏度，例如对于分别对应于300 bps，1.2 kbps和50 kbps的数据速率，可以实现-129 dBm，-123 dBm和-110 dBm的接收灵敏度。 INGENU，RPMA LPWA技术提供商（参见：http://theinternetofthings.report/Resources/Whitepapers/4cbc5e5e-6ef8-4455-b8cd-f6e3888624cb_RPMA%20Technology.pdf），是本标准的支持者。 INGENU LPWA技术的PHY和MAC层符合本标准的要求。 2）IEEE 802.15.4g：低数据速率，无线，智能电表电力网络（ Low-Data-Rate, Wireless, Smart Metering Utility Networks）：IEEE 802.15 WPAN任务组4g（TG4g）提出了第一套PHY修改，以扩展IEEE 802.15.4基准标准的短距离组合。 2012年4月发布的标准涉及诸如智能电表计量网络之类的过程控制应用，这些智能计量网络固有地由部署在城市或国家的大量固定终端设备组成。该标准定义了三个PHY层，即FSK，正交频分多址（OFDMA）和偏移第四相移键控（QPSK），其支持跨不同区域的40kbps到1Mbps的多个数据速率。除了在美国采用单一的许可频段外，PHY主要在ISM（SUB-GHZ和2.4 […] Read more.

走近LoRa之五：智慧公寓LoRaWAN专网管理解决方案

作者：甘达来源：广州朗威一、国家政策促进万亿租房行业高速发展为发展住房租赁市场国务院常务会议共推出四项举措，分别从房源、公租房货币化补贴、税收优惠以及市场规范方面，给予住房租赁市场支持，租赁市场迎来前所未有的机遇期。按照目前我国租赁人口约1.9亿人估算，租赁市场规模将超万亿，租赁覆盖面也涉及到诸多租赁形态。二、LoRaWAN助力公寓运营智能化升级互联网运营管理系统可以提供在线找房、房屋招租、代收房租、物业维修，已经很大程度上解决了房屋出租的供求信息对称的问题，但是现场管理依然存在信息化程度不高的问题。导致抄表业务，访客管理需要大量人工参与，甚至定点柜台办理，对于移动互联网、移动支付高度发达中国来说管理模式比较落后。 LoRa物联网技术与互联网技术的结合，可以实现以下场景：智能门锁联动自动催缴租，访客临时门禁和门锁密码生成，智能水电表提供自动抄表生成账单服务，水电异常消耗智能化提醒，无需布线的智能烟感提供在线火灾预警服务等。让运营管理方可以进行远程房源管理，租户管理，水电表统计并自动生成数据报表，让空房更快出租，租客更易管理，财务更加清晰。不但提高了运营管理工作的效率，同时也提升了租户的入住体验，增加了用户满意度。三、LoRaWAN智慧公寓管理专网方案构建 ● LoRa信号的公寓覆盖（LoRaGateway） LoRa网关穿透能力可达到10层楼以上，一般只需要将网关安装到建筑物楼顶即可完成本建筑附近几个建筑物的完全穿透。（避雷措施不在此介绍）网关供电方面推荐使用原配的PoE供电适配器供电（48Vdc安全低压直流电），如果需要使用太阳能供电可以选择12Vdc/24Vdc面板，因此网关施工取电简单方便。LoRa网关对接IoT服务器可选择PoE电缆内的以太网，也可以选择4G。从实际工作安装经验看，运营商维护的4G网络相对一般学校、企业内部网络更加可靠，因此推荐使用4G。 ● LoRaWAN楼宇门禁（门禁系统RS-485+LoRa模块）传统楼栋IC卡门禁系统一般具有RS-485通信联网接口，因此可借助RS-485通过LoRaWAN无线模块将刷卡行为主动上传到云端，另外门禁系统的刷卡用户的增改删也可以通过LoRaWAN通信完成，这样可实时更新楼宇门禁的IC卡权限表，确保租户退租后，运营单位可以立即删除其进入公寓大楼的权限，避免非住户在公寓大楼出入的管理问题。推荐LoRa模块收发模式：ClassC不休眠实时双向通信。 ● LoRaWAN智能门锁（密码锁控制板+LoRa模块）公寓租赁长期以来使用机械门锁，钥匙一旦发生复制和丢失，运营管理方难以做到实时更换锁芯，同时机械锁更换也是一个比较费时费力的工作。酒店IC卡门锁可以解决租户流动性问题，但是IC卡门锁无法实现空中授权，IC卡过期（临时授权）还需要去管理处授权。 LoRaWAN联网型密码智能门锁很好的解决以上问题，密码从互联网下发到门锁控制板，同时用短信通知用户密码后，用户手工输入密码后解锁，免除租户往返管理处的麻烦。推荐LoRa模块收发模式：ClassB具有接收时隙的双向通信。 ● LoRaWAN空调控制（分体空调主板+LoRa模块）部分公寓分体空调因运营方管理需要，可能需要对空调进行授权控制。通过LoRa模块接管空调红外接收信号线IR，或者直接对空调主板UART TTL进行通信，可以实现真正意义的空调远程控制。推荐LoRa模块收发模式：ClassC不休眠实时双向通信。 ● LoRaWAN烟感器（烟感探头+LoRa模块）目前城中村内的改造公寓一直都是消防安全工作的难点，建筑密度高，且居住人员密集，传统有线报警系统安装困难。因此内置LoRa模块的独立式烟感器特别适合城中村公寓改造项目，电池供电即插即用。一旦发生火灾可以通过互联网平台同时通知租户、楼栋管理处，当地微型消防站，将火情控制在初期状态，对于保护群众的生命财产安全具有重大意义。推荐LoRa模块收发模式：ClassA超低功耗双向通信 ● LoRaWAN电能管理（LoRa一体式）用电计量除了收费以外，用电也是安全管理的一个重要环节。运营管理方特别需要实时获取到用电过载的报警信息，采用LoRa一体式物联网电表，可以主动上报：异常电压、异常电流、过载功率、功率因素等。如果出现租户长期欠费，还可以提供继电器输出功能，控制接触器切断供电。推荐LoRa模块收发模式：ClassC不休眠实时双向通信。 ● LoRaWAN水表管理（LoRa一体式）水表目前电池寿命一般超过5年以上，一般情况下电池设计寿命大于8年，因此采用LoRa方式抄表非常方便。对于租户假期期间发生的管道渗漏（抽水马桶），也可以通过数据比对发现，帮助租户节约用水，避免浪费。推荐LoRa模块收发模式：ClassA超低功耗双向通信借助LoRa物联网技术将公寓基础设备接入互联网运营管理平台后，从人工管理为主的模式全面升级为自动化远程管理，提供租金催缴、访客管理、水电费集采、空调租赁设备管理，火情预警、治安管理一站式运营管理服务。 Read more.

NB-IoT核心网关键技术研究

1 NB-IoT核心网关键技术 NB-IoT基础网络平台包括无线接入网及核心网，提供了整个物联网业务传输通道。其中NB-IoT核心网除增加SCEF( Service Capability ExposureFunction，服务能力开放功能)设备及S11-u接口外，与LTE核心网逻辑网元基本相同，如图1所示。图1 NB-IoT核心网网络架构为更好地满足低频度及对延迟不敏感的物联网业务，在LTE核心网基础上，NB-IoT核心网在数据传输、功耗优化、协议优化、业务能力等方面进行了功能优化和增强。 1.1 数据传输针对3GPP定义的窄带物联网可采用3种数据类型：IPv4/IPv6、Non-IP、SMS。NB-IoT提供了两种优化方案：(1)控制面优化方案,(2)用户面优化方案.。无论是控制面还是用户面优化方案均能减小信令开销，提升UE待机/续航能力。但对于单用户特定时间来说，只会存在一种方式，连接态时允许控制面切用户面，不允许用户面切控制面；空闲态时无限制。对于整机来说，允许两种方式同时存在，不同应用可以选择不同传输方式。从支持的应用场景以及对网络的改造难度方面综合分析，控制面优化方案更适合窄带小包物联网业务，通过信令优化，空口、S1接口信令可减少50%以上，但受限于控制面带宽，不适合大量用户同时接入。目前NB-IoT将控制面数据传输方案作为必选，用户面传输方案作为可选。 1.2 功耗优化为进一步降低终端电源消耗，NB-IoT引入了长周期TAU、eDRX及PSM技术。 eDRX虽然节电效果比PSM要差些，但是相对于PSM，大幅度提升了下行通信链路的可达性。 PSM更适合由设备发起/调度的业务应用。对于下行业务时延无要求的场景（如智能水表，下行业务主要为参数位置、固件升级等，可以等待UE发送上行数据进入连接态后再发起），可以使用PSM进一步节省UE功耗。 eDRX允许网络和设备同步睡眠周期，增加了延迟，更适合针对网络发起的应用进行优化。对于有远程不定期监控（如远程定位，电话呼入，配置管理等）需求且实时性要求很高的场景，如果允许一定的时延，可以采用eDRX并将寻呼周期设的尽量短些。 UE可在ATTACH和TAU中请求开启PSM或（和）eDRX，但最终开启哪一种或两种均开启、以及周期是多少均由网络侧根据业务类型及场景协商后决定。 1.3 协议优化 NB-IoT协议信令流程基于LTE设计，对信令进行了剪裁并针对NB-IoT业务的特点进行了协议优化。如优化系统信息，通过延长系统信息有效降低上行随机接入、小区选择和重选的频次，降低UE功耗。通过引入PTW，允许在PTW内多次寻呼UE，进行寻呼优化。NB-IoT协议专门做了基于APN和服务PLMN的速率控制。 1.4 业务能力（1）短消息 NB-IoT存在两种短信解决方案：基于SGs接口的短消息和基于SGd接口的短消息。其中基于SGs接口的短信有两种实现方案：方案1：标准SGs方案，UE支持电路域联合附着，需要考虑电路域设备VLR容量。方案2：简化SGs方案，UE不支持联合附着，MME代理实现。（2）Non-IP 对于大多数NB-IoT应用，发送的数据报告频率低、字节小，一般报告在20-200个字节之间，这样UDP/IP传输层协议栈的占用字节（IPv4,28字节；IPv6，48字节）占的数据报文比例很高，尤其是在有效负荷小于20字节的情况下，报文头甚至超过了数据，所以在这种情况下UE传输Non-IP数据可以大幅提升无线网络数据传输效率。 Non-IP数据传输有两种实现方式：方案1：通过SCEF传递Non-IP数据，无需建立用户面承载，属于Non-IP专属解决方案。需新建SCEF网元节点，并且MME需要开通并支持T6a接口。方案2：通过SGi进行UDP/IP封装，以隧道方式支持Non-IP小数据包传递。使用PGW功能传输IP及Non-IP数据，适用于IoT UE与某个单独的AS之间协商并进行隧道加密的通信场景。网络侧需要给每个IoT UE都分配1个IP地址，MME/eNB需要支持提示UE禁用IP头压缩功能。当UE想要采用Non-IP的PDN连接来发送小数据包时，发送”Non-IP”标识给网络侧。（3）能力开放 SCEF是专门为NB-IoT设计引入的，它除了用于解决Non-IP数据传输外，还是3GPP定义的能力开放功能逻辑网元，SCEF能够把3GPP定义的网络接口提供的网元业务能力安全地开放给第三方业务供应商。 2 NB-IoT核心网网元能力综上，NB-IoT核心网与LTE核心网架构基本相同，均涉及HSS、MME、SGW、PGW等网元，并进行了功能的简化、优化，为支持NB-IoT业务的顺利开展，需要核心网主要网元具备的能力如表1所示。表1 NB-IoT核心网新增功能及涉及网元同时，为更好地支撑能力开放，NB-IoT也需要PCC网元配合。来源：中国移动技术 Read more.

5G时代三兄弟，NB-IoT到底有多少优势？

5G时代的诱惑，犹如隔壁家厨房的气味，间歇性地飘过，刺激着大家的神经。然而对于工业而言，这个气味的信号实在是太微弱了。在2020年以前，5G的大规模应用，大家都不抱希望，没有设备制造商会认为5G能够迅速布置下去。即使是相关标准进展神速，6~9月份的标准的冻结期才刚刚起步，下一步建立基站、兼容机制（将来的华为、中兴必须相互兼容），还有很长时间。工业物联网相对是区域网，因此有突破的可能性。然而在4G时代，大家被高通芯片和标准逼疯了，而在工业领域终于找到苦主了。如可以找到可以绕开高通，又不必死等5G时代，NB-IoT窄带物联网率先出招。 5G时代的三个兄弟 5G有三个标准，分别是LTE（授权频道）、LTE-U（非授权频道）和NB-IoT（授权频道）。 LTE，属于授权频道。这是最大的肥肉，当然是电信运营商的菜。标准主要是电信运营商在做，华为也在推。由于授权频道基本是排它的，比如给了电力微波，其他人就不能用了。这个是运营商的垄断资源，只能通过运营商来操作。 LTE-U（unlicensed）非授权频道，注意这可是大家最熟悉的WiFi杀手。WiFi的路由器，一般只有30~50米；一般路由器到了100米，就只有信号，不能通讯了。而LET-U可以达到300~500米（类似3G时代曾经推过的“城域网”）。ISM（工业、科学、医疗）这三个领域可以随便用，主要频段包括从5K、13.56M一直到2.4G和5.8G等多个频段。呼声最高的NB-IoT，仍然属于授权频道。NB-IoT最大的特点，是传输距离达到惊人的10km，可以覆盖一个小县城。而且可以带无数终端，一个基站可以带20多万个终端。这意味着，管理一个井盖、停车收费，都变得轻松，而且便宜。即使是200万元建立一个基站，方圆10km都可以进行管理。当然，由于NB-IoT属于授权频道，仍然不太可能在企业里用。所以NB-IoT也只能是先接入核心网（运营商），再进入企业。 5G才能解决工业以太网相对一般以太网而言，工业数据传递的实时性要求很高。工业以太网有QoS（服务质量协议），因此在传递实时数据的时候，不容易丢包。这是因为QoS支持优先级，能够识别优先发送级别，如自动识别语音，还是邮件。语音的实时性要求很高，丢包会造成噪声；而电视丢包，则会乱码。这些都是不可接受的。实时视频必须要有QoS，而图像往往是带宽消耗最大的内容传输。 4G为什么不能用在工业互联网上，因为没有QoS，除了语音有识别之外，可以说它就是一个标准的IT网络。而5G则可以支持优先级，例如设备状态最优先，而将一般的数据传递优先级放在最后。所以值得期待的是，5G才是工业互联网的基础。当下40%的情况，基本上是有能力实施的（说100%还是有点夸张）。4G最多只能到450M，而5G 的LTE可达达到450M~800M 更重要的是，选择性大幅度增加。就技术流派而言，4G时代的技术主要是高通，盆满钵满；而在5G时代，华为、思科、西门子等都有各自的技术。这次，工业可以有更多的选择了。技术不能烂在手里 LTE是运营商标准，不可能被允许进入企业，因此不可能去建立一个iPhone7的基站。但既然5G标准和大规模布置尚待时日，这些已经有些眉目的技术，不可能空转吧。于是技术开始变形和演化，例如LTE就有了改进版，华为就率先推出了所谓企业版LTE技术（eLTE）。它有两个频段，一个频段是800M（目前分配给联通），还有一个频段900，是调频的。这个波段，可以用来完成eLTE的载波频点，也就是可以做企业端的应用了。基于同样的考量，eLTE-IoT正是NB-IoT窄带物联网的一种变通方式。这样就可以进入工厂，成为智能制造的物联网基石。重要的是，eLTE-IoT有着更加低廉的成本，因此eLTE-IoT率先进入工业领域。 eLTE-IoT自身突出的特征（功耗小、终端多、距离长），因此成为工业园区的最佳5G先头阵地之一。eLTE-IoT作为非授权频道，20万带宽，功率很小，不超过200mw功率。因此园区建立这种基站，也相互不影响目前eLTE-IoT已经开始逐渐进入工厂，成为物联网数据最佳的传递手段。它将有效地替代RFID、设备联网等领域，成为智能工厂物联网的新欢。来源：与非网 Read more.

史上最全的NB-IoT知识，每个通信人都应该了解的…

通常，我们把物联网设备分为三类： ①无需移动性，大数据量（上行），需较宽频段，比如城市监控摄像头。 ②移动性强，需执行频繁切换，小数据量，比如车队追踪管理。 ③无需移动性，小数据量，对时延不敏感，比如智能抄表。 NB-IoT正是为了应对第③种物联网设备而生。 NB-IoT源起于现阶段物联网的以下几大需求： •覆盖增强（增强20dB） •支持大规模连接，100K终端/200KHz小区 •超低功耗，10年电池寿命 •超低成本 •最小化信令开销，尤其是空口。 •确保整个系统的安全性，包括核心网。 •支持IP和非IP数据传送。 •支持短信（可选部署）。对于现有LTE网络，并不能完全满足以上需求。即使是LTE-A，关注的主要是载波聚合、双连接和D2D等功能，并没有考虑物联网。比如，在覆盖上，以水表为例，所处位置无线环境差，与智能手机相比，高度差导致信号差4dB，同时再盖上盖子，额外增加约10dB左右损耗，所以需要增强20dB。在大规模连接上，物联网设备太多，如果用现有的LTE网络去连接这些海量设备，会导致网络过载，即使传送的数据量小，可信令流量也够得喝上几壶。此外，NB-IoT有自己的特点，比如不再有QoS的概念，因为现阶段的NB-IoT并不打算传送时延敏感的数据包，像实时IMS一类的设备，在NB-IoT网络里不会出现。因此，3GPP另辟蹊径，在Release 13制定了NB-IoT标准来应对现阶段的物联网需求，在终端支持上也多了一个与NB-IoT对应的终端等级——cat-NB1。尽管NB-IoT和LTE紧密相关，且可集成于现有的LTE系统之上，很多地方是在LTE基础上专为物联网而优化设计，但从技术角度看，NB-IoT却是独立的新空口技术。今天，我们就来看看这一新空口技术到底有多新？ 1 网络 1.1 核心网为了将物联网数据发送给应用，蜂窝物联网（CIoT）在EPS定义了两种优化方案： •CIoT EPS用户面功能优化（User Plane CIoT EPS optimisation） •CIoT EPS控制面功能优化（Control Plane CIoT EPS optimisation）如上图所示，红线表示CIoT EPS控制面功能优化方案，蓝线表示CIoT EPS用户面功能优化方案。对于CIoT EPS控制面功能优化，上行数据从eNB（CIoT RAN）传送至MME，在这里传输路径分为两个分支：或者通过SGW传送到PGW再传送到应用服务器，或者通过SCEF（Service Capa- bility Exposure Function）连接到应用服务器（CIoT Services），后者仅支持非IP数据传送。下行数据传送路径一样，只是方向相反。这一方案无需建立数据无线承载，数据包直接在信令无线承载上发送。因此，这一方案极适合非频发的小数据包传送。 SCEF是专门为NB-IoT设计而新引入的，它用于在控制面上传送非IP数据包，并为鉴权等网络服务提供了一个抽象的接口。对于CIoT EPS用户面功能优化，物联网数据传送方式和传统数据流量一样，在无线承载上发送数据，由SGW传送到PGW再到应用服务器。因此，这种方案在建立连接时会产生额外开销，不过，它的优势是数据包序列传送更快。这一方案支持IP数据和非IP数据传送。 […] Read more.

说出来你可能不信，有人把BLE/ WIFI/ Zigbee与NB-IoT/ LoRa混搭在一起了…

在物联网领域，同时存在着各种各样的通讯技术。按传输距离的维度来划分，在局域无线网络范畴内，有广泛应用于可穿戴、家庭、企业等场景的BLE、WIFI、Zigbee、sub1G等;针对广域无线网络，有专门应用于低速率、低功耗、广覆盖物联网业务的LoRa、NB-IoT、eMTC等。根据市场研究机构Gartner的最新数据显示，到2025年，所有物联网连接中的72%将使用WIFI和Zigbee这样的短距离传输技术。而包含Sigfox、LoRa和NB-IoT等技术在内的低功耗广域覆盖网络，在2025年将占据11%的物联网连接。多种技术厮杀，物联网从业者应该如何取舍?很多芯片和模块厂商采用同时押宝多种协议的做法。常见的比如同时支持BLE、Zigbee、苹果Homekit和谷歌Thread等重要的局域IoT无线连接技术的单芯片，或同时支持NB-IoT、eMTC、E-GPRS等广域技术的多模产品。无论怎么组合，一般都是遵循局域技术+局域技术，广域技术+广域技术这样的套路。然而有人却另辟蹊径，尝试把BLE/ WIFI/ Zigbee等局域技术与NB-IoT/ LoRa等广域技术在芯片或模块层面混搭在一起。听到这种思路，你的第一反应是不是不靠谱? “这样搞你的应用场景是什么?” “LPWAN本就是为了低功耗，你把它和WIFI混搭在一起还谈什么低功耗?” …… 关于问题的解答尚处于初始阶段，本文展示一些有益的尝试。 1 多彩的秋天，不仅服装混搭盛行，就连物联网领域将原本互不相干的BLE/ WIFI/ Zigbee与NB-IoT/ LoRa混搭的做法也正在创造潮流。随着NB-IoT市场的爆发，ARM收购了两家相关领域的公司Mistbase和NextG-Com，积极布局。Mistbase是一家瑞典公司，提供完整的NB-IoT实体层解决方案。NextG-Com是英国公司，为NB-IoT提供完整的第2、3层软件栈。除了充分发挥这些公司的软硬件专业之长，ARM还投资了无线通讯设计，可以提供完整的NB-IoT芯片解决方案，从应用软件一直延伸到天线。并购之后，ARM丰富并完善了Cordio产品线，以NB-IoT为基础，提供完整的低功率广域网络解决方案LPWAN，并以Bluetooth 5和IEEE 802.15.4标准，为无线个人区域网络WPAN提供完整的无线通讯到应用的服务。这一做法无疑为BLE、Zigbee与NB-IoT的混奠实了基石。初创公司Pycom是一家多模物联网通讯开发板和模块制造商。创客们能够借助于Pycom的新型硬件，运用多种技术快速设计并连接设备，包括:近距离通讯技术Wi-Fi和BLE;LPWAN通信技术LoRa、Sigfox、NB-IoT和Cat M1等。例如，L01模块和LoPy开发板支持LoRa远距离无线协议、Wi-Fi和蓝牙连接。借助于MicroPython脚本，器件编程速度可提高10倍，而在用作LoRa Nano网关时，能连接5公里半径范围内多达100个LoPy设备。不过Pycom的产品定位于小型网关，主要面向开发者和极客，使其应用领域极为有限。紧随其后，Telit推出了LoRaWAN协议与BLE的组合模块，已经上市。新模块完全符合最新的LoRaWAN标准，是公共或专用网络、智能表计、遥感、工业自动化/监测与控制、无线报警与安全系统、农业、资产追踪、街道照明和智慧城市应用的理想解决方案。 Telit型号为RE866的组合模块支持非授权LPWANLoRaWAN标准和863-931 MHz频段内的BLE近场通讯能力。它提供一条长距LoRaWAN无线电链路和不同的BLE外围及中央功能。该模块具备完全的无线传输能力，可通过远程固件安装和升级跟随标准的演变。它是与之连接的BLE传感器装置之间的天然网关，将数据发送至LoRaWAN协议网络。RE866还与NE866(LTE Cat NB)模块针脚兼容，可以极低或零成本快速地从授权标准转换至非授权标准。 2 看到这里，也许你会发现，上述产品有个共性的迷茫:需求痛点和应用场景不明确。BLE、WIFI等局域技术和NB-IoT、LoRa等广域技术的混搭，到底可以解决什么痛点，市场突破口又在哪里?一家名为Sensoro的公司正在尝试拨开迷雾，给出清晰的解答。通过与超过2100名客户交流之后，他们发现巨头们纷纷大举进入的智能家居目前市场刚需并不明确，只有低于20%的客户诉求。然而，与之形成鲜明对比的是，定位类设备的需求量正在爆发。于是他们跑到深圳，前前后后花了10个月做了一圈调研，看了大量的所谓“山寨工厂”。有些事情超乎想象，通常一家规模不大的小工厂，每年定位类设备的出货量都可以达到500-600万件，根据测算，这样的白牌企业在深圳至少有50家，也就是每年出货量将近3亿件。虽然相比而言产品较为低端，但却货真价实。如果具体来看这些定位产品的市场分布，主要聚集于“人”、“车”、“物”这三类对象的定位需求。(当然，车也是物的一种，但它的特殊之处在于，它还是物的载体。)其中关于“人”的定位需求仅占20%，大量的需求在于各种“车”，比如摩托车、小轿车、工业用车…以及各种“物”，比如牛、羊、猪…的定位，占到80%。在调研中，他们被一名来自白牌企业的哥们问到，“你们知不知道四川有多少头黑猪?”随后其自问自答道:仅仅在林芝靠近藏区的一小片区域，就定位了超过4000万头散养黑猪，也就是生态猪，这些猪对当地人来说就是重要资产。他们当时完全听傻了。针对定位服务这一市场需求，以前的方案往往使用GPRS+GPS，现在他们研发了LoRa+BLE双模SiP一体化组合芯片，已经可以量产。BLE短程技术与低功耗的LoRa结合，可以提供远距离的数据中继。两项技术均为低功耗，无需频繁更换电池: BLE将小型无线设备连接到任何需要的物理位置，创建一个集成的短距离网络，无需更换电池即可长时间工作，并可通过智能手机或平板电脑随时随地进行控制。 LoRa负责提供长期安全的双向数据传输和通信，它允许由BLE驱动的网络设备，通过超低功耗的方式与整个物联网网络进行较长距离的通信。LoRa可以发送和接收信号的距离可以达到15公里，并可通过增加额外网关，将距离延伸到数百公里。肥水不流外人田，他们把LoRa+BLE双模SiP应用在烟雾传感器中，将其作为室内锚点，LoRa负责远程设备管理通讯，BLE负责定位导航，长短距离通讯一气呵成，取代了之前需要经常更换电池的sub1G方案。基于在使用过程中的核算，新方案可以节省大概78%的成本，来自三个方面:第一是芯片成本，第二是通讯链路本身的成本，第三是在同样电池容量的情况下，人力成本的降低。无独有偶，寻息电子也推出了蓝牙+LPWAN位置服务系统，通过iBeacon实现近场各类感知数据的采集，通过LoRaWAN将传感器采集数据进行回传。 3 未来之路充满争议，除了LoRa+BLE和LoRa+GPS的双模SiP，这家公司还在挑战排列组合的另一个“极限”:研发芯片级的NB-IoT+WIFI双模芯片级产品。说到这里，不得不提及之前的两篇文章，笔者曾经分析过低功耗广域网络(LPWAN)和局域网络(LAN)之间的互补效应，并提出了多模通信技术的混搭，有可能率先突破与支持的应用场景。以智能家电产品为例进行分析。在海尔推出NB-IoT空调时，其中一点是看重NB-IoT的覆盖优势，利用NB-IoT解决在空调中应用时配置的难点。使用WIFI等短距技术需要用户自己进行配置，匹配过程十分繁琐，要经历手机APP下载、账号注册登录以及设备匹配等诸多步骤，让用户不胜其烦。复杂的操作无法匹配用户对易用性的要求，随着时间的推移，往往出现WIFI热点变化后家电无人维护而不再联网。最终导致使用频次堪忧，对于制造商和消费者而言，都无法实现其核心诉求。 NB-IoT技术相较于WIFI无线连接技术具有明显覆盖优势，能解决空调、冰箱、热水器等所处的边角地带信号不良的问题，甚至是地下室等WIFI盲区，基本保证家里无覆盖盲区。NB-IoT智能空调通过运营商网络直连到云平台，开机激活一次即可自动完成配置连接。在连接手机等移动终端时，通过手机扫秒空调上的二维码，一步即可完成绑定，实现远程操控。更进一步分析，以往采用WIFI、蓝牙、Zigbee等局域网络技术的物联网场景中，厂商更多构建的是用户合适的使用场景，而对自己产品的生命周期管理缺乏更好的方式。低功耗广域网络LPWAN在各类产品中商用后，厂商可以对自己已经卖出去的产品进行远程生命周期管理，或许基于此能够形成更好的商业模式。话说回来，同时使用NB-IoT和WIFI两种通讯方案，与研发NB-IoT+WIFI双模芯片毕竟是两回事，实践难度和应用场景都是不同套路。无论是为了提升产品生命周期管理能力、为了对原有解决方案进行纵向扩展，还是为了在复杂场景下提供更多选择，将NB-IoT与WIFI在芯片层面进行集成都并非刚需。作为两种截然不同的技术，NB-IoT功耗低、速率低，相比之下WIFI功耗和速率都要高得多，将这组矛盾共同体做在一个“片”上，将会面临成本高、功耗不易控制、体积较大等情况，使得应用场景极为受限。 Sensoro把握的场景仍旧是基于位置的服务，设想中的方案采用电池供电，WIFI仅在需要时启动。暮秋至，初冬近，北京雾霾又起。无论如何，NB-IoT+WIFI融合之路，Sensoro已经起步，至于能在雾霾中前行多远，尚待时间的验证。原文来源：物联网智库 Read more.

COT LoRa 2.4GHz能传输多远、定位多准，我们用实测数据说话

SX1280（LoRa 2.4G）来了、COT协议栈来了、到底可以传输多远、定位到底有多准，是大家关心的问题。基于SX1280（LoRa 2.4G）COT-MV1模组可以传输多远、定位精度如何，是目前大家关心的问题。传输距离在无线电领域是一个比较模糊难以定义的问题，受到诸多因素影响，如发射功率、接收灵敏度、天线形式、通讯速率、设备使用的地理及建筑环境、设备使用场所的电磁环境等。为保证距离评估具有典型意义，本次测试采用室外测试、室内测试二种结构阐述可以传多远，定多准。通过测试LORA 2.4G 在12.5dBm发射功率情况下，可以实现家庭、别墅、单一楼层无盲区覆盖满足大多数应用场景。可以满足厂区、农场、高尔夫球场等大多数商业应用场景。适合区域微功率无线信号覆盖。为什么需要区域微功率覆盖，这在大多数实时物联网、并有边缘计算需求的领域是非常需要的，例如智能家居中的门磁可以实现一节CR2450电池能连续工作大于10年，这在项目商业应用是非常重要的需求。低功率、远距离带来的第二个好处是，传统纽扣电池可以使用，使商业应用产品的设计更加方便。 1.室外通讯可靠性测试测试目的：测量在室外道路工况下的通信距离与丢包率、RSSI之间的关系发射功率：12.5dBm 测试方法：使用2个COT-MV1，一收一发，发送节点位置固定，位于道路边缘，逐渐拉远接收节点的距离，接收节点亦位于道路边缘。收发节点均架设在1.6m高的三角支架上。发送节点以50%占空比连续发送数据包，接收点接收并统计信息，连续统计1000个数据包。改变参数进行多轮测试。测试场地：测试结果：测试结果描述：见上表可见在通讯距离400米内，使用SF5可以可靠通讯。测试结果描述：见上表可见在通讯距离600米内，使用SF7可以可靠通讯。测试结果描述：见上表可见在通讯距离860米内，使用SF9可以可靠通讯，并有一定dBm冗余。测试结果描述：见上表可见在通讯距离800米内，使用SF12可以可靠通讯，并有一定冗余。 2.室外通讯距离测试测试目的：一个发送节点位于较高位置的楼顶，信号的覆盖范围，以及信号的绕射能力。发射功率：12.5dBm 测试方法：使用2个COT-MV1，一收一发，发送节点位置固定，位于闽江学院教学大楼2号楼顶外延平台，接收节点架设在1.6m高的三脚架上，改变接收节点位置。发送节点以50%占空比连续发送数据包，接收点接收并统计信息，连续统计1000个数据包。改变参数进行多轮测试。测试场地：测试结果： 3.测距测试(走廊) 测试目的：测试COT-MV1模组在室内的测距精度以及测距能力测试方法：使用2个COT-MV1，进行测距，固定一个节点，移动另外一个节点，每个测距点连续测试大于10次，求出平均值等统计信息。比较实际测距结果跟实际距离之间的偏差情况。测试场地：办公楼6楼长廊，发送节点使用三脚架架高1.6m，接收节点位于离地面约50cm。测试结果： 4.测距测试(空旷) 测试目的：测试COT-MV1模组在室外的测距精度以及测距能力测试方法：使用2个COT-MV1，进行测距，固定一个节点，移动另外一个节点，每个测距点连续测试大于10次，求出平均值。比较实际测距结果跟实际距离之间的偏差情况。测试场地：室外田径场，发送节点使用三脚架架高1.6m，接收节点位于离地面约30cm。测试结果：测距测试结果统计比较见图：测距测试总结： 1）测距得到的距离值，总是比实际值偏低。室内走廊与室外空旷环境，测距效果，差距不大。 2）从绝对误差看，当实际距离在20米时，绝对误差达到最大值，接近10米，随着实际距离增加，误差值降低(小于6米)。这主要是由于COT-MV1的测距分辨率问题，导致在近场近距环境下，测距值与实际值偏差较大导致，这种偏差在20米时达到峰值。 4）从相对误差看，随着距离增加，相对误差则逐渐降低。 5）样本标准差体现了测距样本与均值的偏差离散度，从测试图可以看出，样本标准差呈现了波动的形态，当总体趋势来看，随着距离增加，离散度增加。 6）从样本标准差图可以看出，无论是室内环境还是室外环境，圆极化天线的测试结果离散度都比单极化天线要好，也即：圆极化天线可以保持较好的测距一致性。从测距的平均值和绝对误差来看，两种天线则没有明显的差别。 5.COT-MV1模组 COT-MV1模组由Apollo mcu+SX1280 2.4GHz radio构成，模组长宽高：18x12x2.7(mm)，采用邮票孔封装，提供了一路SPI/I2C、一路UART（最高波特率可达921600bps）、一路SWD接口（支持SWIO调试）、32路可编程的通用输入输出接口（GPIO） 5.1.主要特性 5.2.模组引脚分布图模组引脚图（顶视图） […] Read more.

台湾清华大学黄能富-课时111-116：LPWAN 简介

课程简介：物联网的架构主要分为三层: 1. 感知层 (Sensors and Sensor networks), 2. 网络层 (3G/4G/5G 通讯网络), 3. 应用层 (各种应用的云端服务). 感知层主要探讨各式有线或是无线传感器 (如温度,湿度, 亮度, 陀螺仪, 三轴加速器, 心跳, 血压, 脉搏等等) 以及如何建构感测网络 (sensor networks) 将传感器收集到的数据可以传送出来. 传感器要做到低功耗 (电池续航力要高), 低成本, 小体积, 无线传输距离长等等, 是极具挑战的任务. 网络层主要探讨如何利用现有无线或是有线网络来有效的传送收集到的数据, 例如利用现有的 3G/4G 无线传输技术, 或是未来的 5G 无线传输技术等等. 应用层主要是探讨各种应用领域如何使用大数据分析的结果来回馈并控制传感器或是控制器的调节等等. 整体来说, 物联网是一个活的生态体系, sensors 收集数据, 透过手机或是其他设备网络回传到云端处理中心, 经过分析后再将控制讯息回传给控制器, 进行各种精细或是细腻的调控。正在转至视频学习页面，请稍候… Read more.

台湾清华大学黄能富-课时1：物联网基础架构与应用简介(1)

台湾清华大学黄能富-课时44-47：Arduino 传感器平台简介

台湾清华大学黄能富-课时48-50：Raspberry Pi 传感器平台简介

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