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。

长距离通信技术之LoRa技术
由于耗电和成本等方面的问题，业界预测到2020年物联网（IOT）500亿个无线节点中只有不到10%的使用GSM技术。尽管电信运营商具有建设和管理这样一个大规模网络的最突出的优势，但是需要一个远距离，大容量的系统以巩固在依靠电池供电的无线终端细分市场——无线传感网、智能城市、智能电网、智能家居、安防设备和工业控制等方面的地位。对于物联网来说，只有使用一种广泛的技术，才可能使得电池供电的无线节点数量达到预计的规模。  LoRa 作为低功耗广域网（LPWAN）的一种长距离通信技术，近些年受到越来越多的关注。 LoRa技术 LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。  是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。 LoRa 是基于线性调频扩频调制，它保持了像 FSK 调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。 LoRa 技术本身拥有超高的接收灵敏度（RSSI）和超强信噪比（SNR） 。此外使用跳频技术，通过伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，防止定频干扰。 目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。 LoRa的最大特点就是： 传输距离远 工作功耗低 组网节点多 LoRa网络架构 在网状网络中， 个别终端节点转发其他节点的信息， 以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了网络容量，并降低了电池寿命，因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当实现长距离连接时， 长距离星型架构最有意义的是保护了电池寿命。 如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率 20dBm， （100mW） ，那么在高建筑密集的城市环境可以覆盖 2 公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达 10 公里。该网关/集中器还包含 MAC 层协议，对于高层它是透明的。 LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、网络服务器以及应用服务器组成。应用数据可双向传输。 LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信。 LoRa终端设备 LoRa的终端节点可能是各种设备，比如水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接，再通过3G网络或者以太网络，连接到网络服务器中。网关与网络服务器之间通过TCP/IP协议通信。 LoRa网络将终端设备划分成A/B/C三类： Class A：双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信，每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输时隙是基于其自身通信需求，其微调基于ALOHA协议。 Class A设备的功耗最低，基站下行通信只能在终端上行通信之后 Class B：具有预设接收时隙的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收一个Beacon，通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。 Class B终端可以使基站知道终端正在接收数据 Class C：具有最大接收窗口的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。 Class C设备拥有最长的接收窗口，也最耗电 LoRa联盟 LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间，联盟已经发展成员公司150余家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。 […] Read more.
局域网和广域网两种场景下的多LoRaWAN网关组网
来源：瑞科慧联科技有限公司 前言 虽然LoRaWAN网关覆盖范围非常广，郊区能覆盖十几公里，市区能覆盖几公里，但是，有些特殊的应用场景，我们仍然需要网关能够覆盖更大面积。 那么，有没有办法提高网关的覆盖面积呢？ 答案是肯定的。我们可以利用LoRaWAN网关内置的Server，来使用其他LoRaWAN网关组网以增加覆盖面积。 多网关组网根据LoRaWAN网关的网络组织情况不同，可分为局域网内多网关组网，和广域网多网关组网。 本文主要介绍利用LoRaWAN网关内置的Server来组网的上述两种方式的基本框架。 想要了解在腾讯云上怎样才能添加LoRaWAN网关，可参考如何在腾讯云上添加LoRaWAN网关 一、局域网内多网关组网 图1是LoRaWAN网关的局域网内多网关组网的方式。 局域网场景是指，主网关和组网网关位于同一个局域网，相互可通过IP地址直接访问情况。本场景同样适用于OpenVPN 虚拟局域网。 这种方式的特点是网络配置简单，同一个局域网内网络环境相对稳定、安全，组网网关和主网关之间使用UDP方式通信。 图1 LoRaWAN网关局域网内多网关组网的方式 二、广域网多网关组网 图2是LoRaWAN网关的广域网多网关组网的方式。 由于广域网下主网关和组网网关之间无法直接通信，因此，需要LoRaWAN网关将报文发布到MQTT Broker，再由其它网关进行订阅。因此需要在公网部署一台MQTT服务器（所有参与组网的LoRaWAN网关都可直接访问的服务器），将主网关和组网网关都连接到这台MQTT服务器进行通信。 图2 LoRaWAN网关广域网多网关组网的方式 这种方式的特点是所有终端需要同一个server管理，但是网关以及终端在地理位置上分布较广。所有组网网关通过MQTT协议将数据发布到MQTT服务器，相比于UDP传输数据更加的稳定、安全。主网关通过订阅MQTT服务器完成终端数据的处理。该方式使处于任意地域任意网络的网关都可以加入到主网关。 三、用于组网的LoRaWAN网关的选取 用于组网的网关，必须是内置NS也就是内置Server的LoRaWAN网关。比如RAK瑞科慧联的网关RAK7249或者RAK7258。 RAK7249标准固件版本：可实现城市5KM，郊区15KM的广域覆盖；支持以太网，WiFi，3G/4G（可选）链接NS平台支持自动切换；支持PoE供电，IEEE 802.3af/at兼容 class4，48V；最大可支持16个上行通道，2个下行发送通道；节点在网络范围内可自由移动，支持有效过滤非法节点；支持内嵌备用电池和太阳能供电。 RAK7258LoRaWAN室内网关：支持连接公共NS如TTN，支持连接客户自建服务器；支持网关内置NS服务器 结语 本文介绍了利用LoRaWAN网关内置的Server来组网的两种方式的基本框架，并介绍了各自的特点以及适合的应用场景。 如希望了解如何配置网关以实现上述组网，请期待我们的下一篇文章。 Read more.
US915/AU915频段的树莓派LoRa网关修改上行信道的方法
来源：瑞科慧联科技有限公司 前言 树莓派LoRa网关默认的上行混合信道（8+1）可以修改吗？答案是可以的。 比如RAK瑞科慧联的RAK树莓派LoRa网关RAK7244C，US915/AU915频段，其默认上行混合信道（8+1）是可以修改的。只不过修改之后，部分信道不可用，但也可以将部分LoRa节点的上行信道修改为其他信道、以解决网关上行信道网络拥堵的难题。 树莓派LoRa网关修改上行信道的方法 本文以US915/AU915频段的树莓派LoRa网关为例，介绍如何修改其上行信道。 想要了解电脑如何登录树莓派网关可参考文章手把手教你如何将树莓派LoRaWAN网关连接到服务器之第一篇 一、树莓派LoRa网关的原本的US915频段上行信道 以下是RAK树莓派LoRa网关RAK7244C为例，其原本的US915频段上行信道： 0,off,902300000,0,3; 1,off,902500000,0,3; 2,off,902700000,0,3; 3,off,902900000,0,3; 4,off,903100000,0,3; 5,off,903300000,0,3; 6,off,903500000,0,3; 7,off,903700000,0,3; 8,on,903900000,0,3; 9,on,904100000,0,3; 10,on,904300000,0,3; 11,on,904500000,0,3; 12,on,904700000,0,3; 13,on,904900000,0,3; 14,on,905100000,0,3; 15,on,905300000,0,3; 16,off,905500000,0,3; 17,off,905700000,0,3; 18,off,905900000,0,3; 19,off,906100000,0,3; 20,off,906300000,0,3; 21,off,906500000,0,3; 22,off,906700000,0,3; 23,off,906900000,0,3; 24,off,907100000,0,3; 25,off,907300000,0,3; 26,off,907500000,0,3; 27,off,907700000,0,3; 28,off,907900000,0,3; 29,off,908100000,0,3; 30,off,908300000,0,3; 31,off,908500000,0,3; 32,off,908700000,0,3; 33,off,908900000,0,3; 34,off,909100000,0,3; 35,off,909300000,0,3; 36,off,909500000,0,3; 37,off,909700000,0,3; 38,off,909900000,0,3; 39,off,910100000,0,3; 40,off,910300000,0,3; 41,off,910500000,0,3; 42,off,910700000,0,3; 43,off,910900000,0,3; 44,off,911100000,0,3; 45,off,911300000,0,3; […] Read more.
LoRaWAN和Lora技术智慧城市的应用，LORA网络的终端设备有哪些？
LoRa联盟和LoRaTechnology开发业务及创始成员Semtech表示：“Lora设备和开放的LoRaWAN协议使智能物联网应用能够解决我们智慧城市建设面临的一些最大挑战：能源管理、自然资源减少、污染控制、基础设施效率、防灾等。” LoRaWAN的用途是什么？ LoRaWAN在物联网和智慧城市部署中具有多重用途和功能。LoRaWAN针对低功耗进行了优化，旨在从单一的网关安装扩展到拥有数十亿设备的大型全球网络。具体包括支持“冗余操作、地理位置、低成本、低功耗”。同时LoRaWAN设备还可以使用能量收集技术。 1.LoRaWAN在物联网或智慧城的经典应用包括远程抄表、公共安全、位置定位、防漏检测、防灾、环境监控、智能能源、农业等。 2.LoRaWAN技术还可以使城市将其资产有效地连接起来，发挥其最大作用，以提供更好的服务，包括废物管理、停车、路灯和公共安全。 LoRaWAN和Lora技术智慧城市的应用 智慧城市一直在使用Lora和LoRaWAN。在城市中使用LoRaWAN天线，最大距离可达7公里(对于小包传输，距离可能为10公里)。带宽非常低，因此它确实支持视频等应用，但它非常适合覆盖广泛区域，而无需部署数百个接入点。大约有七个接入点将覆盖整个城市，可以检测到任何类型的与Lora兼容的传感器。 城市中的消防员要求监测附近铁轨上的煤气泄漏。覆盖森林52平方英里的Wi-Fi网状网络不切实际，因此LoRaWAN解决方案派上了用场，该解决方案连接到半径近3英里且耗电极少的地方，因此传感器和电池可以使用三到四年。 LORA网络的最大覆盖范围是多少？ Semtech表示，Lora可以连接30英里(48.3公里)外农村地区的设备，即使在空间密度非常大的城市之间或者室内的深层环境中，也可以很好的工作。在许多的LoRaWAN传输过程中，许多因素决定了连接范围，比如天线的种类室内/室外网关、消息有效负载等。平均而言，在有室外网关的城市环境中，大部分LoRaWAN传输覆盖范围可以达到2到3公里，而在农村地区，它可以达到5到7公里。 LORA网络的终端设备有哪些？ LORA终端节点可以是各种设备，如水表、煤气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等，利用LORA无线通信技术将这些ji’e点连接到LORA网关，再利用3G网络或以太网连接到网络服务器。而网关和网络服务器之间的通信是利用TCP/IP协议。 3种LORA网络将终端设备： A类：这类终端设备是一种双向通信终端设备。每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。基于其自身通信需求，终端设备的传输微调基于ALOHA协议。 B类：预置接收时隙的双向通信终端设备。该类型的终端设备将在预设时间内打开多余的接收窗口。为了实现这一点，终端设备将同步接收来自网关的信标，并通过信标同步基站和模块的时间。 C类：接收窗口最大的双向通信终端设备。这种类型的终端设备继续打开接收窗口，并且仅在传输期间将其关闭。 来源：成都亿佰特 Read more.
MQTT在LoRaWAN网络中的作用概述
来源：瑞科慧联科技有限公司 前言 尽管现在云服务器已经比较成熟，比如阿里云或者腾讯云，但是，在物联网领域的一些特定的工业应用场景下，用户可能更希望能够将数据传输到自己的服务器。这时候，MQTT的重要性就体现出来了。 本文介绍在LoRaWAN组网网络中，如何在自己的应用服务器上，通过MQTT订阅来获取到节点上报的数据。 希望了解没有互联网，如何本地获取到LoRaWAN的终端数据的，可以参见文章没有互联网，如何本地获取到LoRaWAN的终端数据？。希望了解树莓派网关如何连接到阿里云的，可以参见文章两步走，让自己的LoRaWAN网关与阿里云连线、手把手教你如何将树莓派LoRaWAN网关连接到服务器之第一篇。 LoRaWAN,MQTT,节点数据 一、LoRaWAN典型网络结构 为了让大家更清楚MQTT的具体位置，我们需要先对LoRaWAN组网的典型网络结构进行介绍。 图 1 LoRaWAN网络结构 图1是一个完整的LoRaWAN网络结构。从图1中我们很清楚的可以看到，一个完整的LoRaWAN网络由以下三个角色组成： 终端设备(End Nodes)网关(Concentrator/Gateway)NS服务器(Network Server)虽然我们很清楚的知道了LoRaWAN网络中的角色组成，但是各个角色的作用是什么，它们分别完成什么工作呢? 终端设备就是我们常说的节点。终端设备负责数据采集，将采集到的数据以无线信号的形式传递出去，这个数据是经过加密处理的。 网关负责接收终端传递过来无线信号数据。因为终端对数据进行了加密，网关是无法知道接收到的数据内容。网关会将接收到的数据直接转发给NS服务器。 NS服务器接收到网关转发的数据，NS会根据数据中的身份信息使用对应的终端密钥对数据进行解密，解密之后就得到了终端采集的数据信息。 RAK的商业网关内部集成NS服务器，也就是说，RAK的商业网关既承担网关角色又承担的NS服务器角色。 二、MQTT功能简述 那么，MQTT又是如何工作的呢?我们通过图2来理解MQTT的工作原理。 图 2 MQTT的工作原理 一个MQTT网络中也分为三个角色： 发布者(Publisher)订阅者(Subscriber)MQTT Broker我们从字面意思上可以看出，发布者(Publisher)实际上就是负责发布信息，订阅者(Subscriber)实际上负责收集发布者发布的信息。发布者应该将信息往哪里发布，订阅者又需要到哪里订阅信息呢?这个时候就需要MQTT Broker，它实际上就是一台MQTT服务器。 我们可以将MQTT Broker理解为一个新闻发布的网站，发布者理解为新闻编辑人员或者新闻发布人员，将订阅者理解为浏览、查看新闻的用户。 三、在LoRaWAN网络中，如何通过MQTT订阅来获取到LoRa节点的数据? 我们已经清楚了LoRaWAN网络的工作原理，我们也清楚了MQTT的工作原理，那么我们如何通过MQTT来获取节点的数据呢?可以参见图3。 图 3 MQTT订阅获取LoRa节点的数据的原理图 有些LoRaWAN网关仅仅是网关，但有些LoRaWAN网关内置服务器(NS)。比如，RAK瑞科慧联的商业网关既是LoRaWAN网关的角色，又是NS的角色。对于这种类型的LoRaWAN网关而言，我们就可以按照图3的方式来进行组网，构成LoRaWAN+MQTT的网络组合。 在我们的LoRaWAN+MQTT的网络组合中，NS是做为一个发布者，将接收到的LoRa节点数据发布到MQTT Broker上，用户自己的应用程序只要做为订阅者，就可以非常便捷的获取到LoRa节点的数据信息了。 进一步的，我们还可以思考这个问题：在LoRaWAN网络中，RAK瑞科慧联的商业网关既是LoRaWAN网关的角色，又是NS的角色。那么在MQTT的网络中，RAK瑞科慧联的商业网关就只能是发布者的角色吗?它能不能扮演MQTT Broker的角色呢? RAK瑞科慧联的商业网关内部集成一个MQTT Broker,也就是说，RAK瑞科慧联的商业网关也能兼职MQTT Broker的角色。使用内部集成有MQTT Broker的LoRaWAN网关，比如RAK瑞科慧联的商业网关，用户无需其他部署，就能在用户自己的应用服务器上通过MQTT订阅到LoRa节点上报的数据信息了。 结语 本文介绍了LoRaWAN网络结构的基本概念，MQTT功能的基本工作原理，以及MQTT如何在LoRaWAN网络的基础上进行组网，从而在用户自己的应用服务器上通过MQTT订阅获取到LoRa节点上报的数据信息。 本文仅仅是介绍工作原理，具体如何通过MQTT获取到LoRa节点的数据的应用实例，请期待我们的接下来的系列文章。 Read more.
LoRa终端低功耗设计的策略方案介绍
LoRa终端的低功耗设计，一直是业内关注的话题。目前IoT业界一般宣称loRa的电池寿命可以达到10年以上。但是，到实际的产品中，由于待机时间和工作模式对功耗影响很大，因此待机时间差别也比较大。对于使用频率比较低的LoRa产品，待机时间可以达到3-5年，但对于一些GPS实时追踪的LoRa产品，电池可能只有几天的寿命。因此，对于实际的Lora终端产品，如何降低其功耗、尽量延长实际的待机时间、以降低维护频率从而降低成本，仍然需要重点关注。 要实现LoRa终端的低功耗设计，就需要了解LoRa终端的不同工作阶段的电流消耗特点。常见的带传感器的LoRa终端的工作阶段大致可以分为：待机/休眠阶段、传感器采集阶段、发送数据阶段、接收数据阶段。我们以RAK4200+SHTC3组成的LoRa温湿度传感器为例，来实际感受一下LoRa终端在上述4种工作阶段时的电量消耗特点。 （图1）LoRa终端RAK4200温湿度传感器功耗 图1是RAK4200+SHTC3组成的LoRa温湿度传感器从休眠状态下唤醒，采集数据，发送数据到再次进入休眠状态下的电流变化情况。 （图2）LoRa终端RAK4200温湿度传感器功耗 图2是RAK4200+SHTC3组成的LoRa温湿度传感器发送数据到接收数据，再次进入休眠状态下的电流变化情况。 根据图1以及图2，我们可以看到不同工作阶段的电流消耗的特点： 待机/休眠阶段 待机/休眠阶段对应的是传感器不工作时的阶段，此阶段存在着LoRa终端的静态功耗，也就是待机/休眠功耗。待机/休眠阶段的电流消耗的特点是：单位时间消耗电流小，但是处于该状态的时间长。因此，降低待机电流，可以有效降低LoRa终端的功耗。 RAK4200系列产品使用ST的低功耗MCU，可以使节点不采集传输数据的时刻，待机电流可以降至4uA，这意味着一节2000mAh的电池，理论上可以使发送数据的RAK4200节点待机超过50年（未考虑电池自损耗）！可见当待机电流降到uA级时，待机电流已不是影响LoRa终端的电池寿命的主要因素。 传感器采集阶段 LoRa终端中，传感器采集阶段的功耗主要是受传感器自身预热功耗、工作功耗和时间及MCU工作功耗的影响。在本案例中，由于采用的SHTC3的工作电流相对较小，传感器采集阶段的主要功耗是MCU唤醒后的运行功耗，大概在10mA左右，持续约20ms。 发送数据阶段 从图1以及图2可以看出，电流最大也就是LoRa终端功耗最大的阶段就是发送数据的阶段，这个阶段消耗的电量最大，在LoRa终端产品中，发射电流最大可达120mA以上，持续时间最大可超过 2s，每次发包消耗的电量最大可达0.3mWh。同样对于一节2000mAh的电池，只能支持这样的包发送不到3万次。 接收数据阶段 在LoRa传感器网络中，如果节点打开确认帧设置，在发送结束后的1s后会打开接收窗口接收确认帧。数据发送后打开接收窗口的电流波形变化，从上面的第2幅图中可以看到，接收阶段相对于发射，电流要小很多，因确认帧比较短，持续时间也会相对较短，一般接收数据阶段消耗的电量约为发送数据阶段消耗电量的10%。 因此可以从以下几个方面，来进行LoRa终端的低功耗设计，延长电池使用寿命。 虽然在LoRa终端的4个工作阶段中，待机功耗是最低的，但是，待机阶段一般是维持时间显著长于其他阶段的。因此，降低待机功耗，可以显著的降低LoRa终端的功耗。 这一点瑞科慧联(RAK)已经在LoRa终端产品软硬件中完成了底层的低功耗设计，可以使LoRa终端产品待机电流降至4uA。从而，理论上可以使发送数据的RAK4200节点待机超过50年！ 在LoRa终端的4个工作阶段中，发送数据阶段是单位时间耗电最多的。在待机功耗已经降到较低的前提下（比如瑞科慧联的RAK4200的待机电流为4uA），此时已可以忽略待机功耗，那么，影响电池的寿命的主要因素就是发送数据时消耗的电流。因此，降低发送数据功耗，可以有效降低LoRa终端的功耗。 而要实现对发送数据功耗的降低，则可以从三个方面着手。 （1）可以减少发送的次数，增加发送间隔，以有效地降低LoRa终端的额功耗，延长LoRa终端的电池使用寿命。 （2）可以采用ADR技术。 在LoRaWAN协议中定义了Adaptive Data Rate (ADR)的相关操作，可以使终端节点选择最优的传输速率和最低的输出功率，也就是信号好的时候，可以自动降低发送功率，从而降低功耗，延长电池使用寿命。 我们通过RAK4200入网及ADR动态调整的过程，可以清晰地看到，LoRa终端节点的功耗有了显著的下降。 （图3）LoRa终端RAK4200ADR入网发包电流 图3显示的是RAK4200的一个使能ADR的节点从入网到正常发包的过程，横轴是时间，纵轴是模块消耗电流的大小。模块刚开始入网的时候，发包时的电流超过120mA。从第三个报文开始，节点逐步地在下调自己的输出功率，所以电流也跟着显著的下降。经过5,6个包的调整，电流值下降到60mA左右，并且此节点到达网关的报文，仍能保持着较高的SNR。 如果没有ADR调节，一节2000mAh的电池可以发射大概4万个包，如果使用ADR功能，可以发射大概220万个包，提高了55倍！从而可以大大降低LoRa终端的功耗。 （3）如无必要，可以关闭确认帧功能。 当使用传感器时，选择低功耗的传感器，选择低功耗的传感器，将可以降低传感器采集数据的功耗，从而降低LoRa终端的整体的功耗。 在WisBlock系列产品中，瑞科慧联(RAK)也选择了一系列的低功耗MEMS传感器，以降低LoRa终端的功耗，供客户选择使用。综上，对于普通用户来说，在使用LoRa终端产品以实现自己的目的的时候，如果希望降低功耗，从而延长电池使用寿命、降低维护频率，那么，首先，可以选取待机功耗较低的开发板，其次，可以选择采用ADR技术的产品，最后，传感器尽可能的选取低功耗的传感器。 Read more.
LoRa已经成为今天LPWAN市场事实上的标准！
如果按照市占率给低功耗广域物联网（LPWAN）技术排个座次，在头把交椅上坐着的，多少有些让人意外——它不是这些年风光无两的“小鲜肉”NB-IoT，而是这个领域的“老司机”LoRa。 根据IHS Markit的研究报告，2019年全球所有LPWAN中，超过40%都将使用基于LoRa的设备，且有望在未来的两年中继续保持高速的增长，赢得超过50%的市场份额。所以LoRa的拥趸们总是不无自豪地宣称——LoRa已经成为今天LPWAN市场事实上的标准！虽然这话说得有点满，不过从数据来看他们确实有骄傲的理由。   图1，LoRa技术的定位（图源：Semtech） 赢在起跑线上   在诸多LPWAN技术竞逐的赛场上，目前可以看做是一个起跑的阶段，LoRa之所以能够在这时占得一个优势地位，主要得益于以下几个因素： 首先，与NB-IoT等基于授权频段的LPWAN技术相比，虽然LoRa作为一个工作于非授权频段的无线技术，少了传统电信业巨擘的支持，但却天生具有灵活性的优势——只要是有兴趣的公司，都可以独立组网，部署和运营自己的LoRa网络，让一个广域物联网应用快速落地，而无需等待电信运营商相对“漫长”的基础设施布局，且在数据的安全性方面的把控力也更强。   其次，LoRa技术开放的商业模式也有利于降低网络整体的运维和使用成本。比如LoRa网络的成本主要取决于节点传感模块、网关和云端等基础设施的投入，大多是布网初期的一次性投资，且可选的供应商也较多，有利于成本优化；而同为非授权LPWAN的Sigfox技术的商业模式则是按照网络节点收取年费的方式，需要持续的投入。这样计算下来，LoRa在某一特定范围内、封闭型地区的应用中，成本优势非常明显。 再有，在实践中人们逐渐发现，LoRa和NB-IoT等授权频段LPWAN技术之间，就像是WiFi之于4G等蜂窝移动网络一样，其实具有很大的互补性，双方取长补短反而可以比单一技术更好地满足碎片化的物联网应用所需。这使得混合形态的LPWAN的试水之举也十分活跃。   最后，虽然少了电信行业资源的加持，但LoRa独立组网、灵活快捷的特性却让互联网、广电圈等有“跨界”冲动的厂商看到了机会，所以将其视为一个竞争的重要筹码。所以上述这些技术和非技术的因素交织在一起，终于让LoRa“赢在了起跑线上”。 开发生态日臻完善   LoRa技术如此的“个性”和市场表现自然逃不过LPWAN玩家们的火眼金睛，大家近年来也都在LoRa这个技术方向上持续投资，加大研发的力度，使得围绕LoRa的开发生态环境日趋完善，进而加速其奔跑的步伐，形成良性循环。 开发生态完善的一个重要标志，就是市场上越来越多可用及好用的开发工具的涌现。比如去年年底，意法半导体（STMicroelectronics）就一口气推出了两款开箱即用型的LoRa开发工具包P-NUCLEO-LRWAN2和P-NUCLEO-LRWAN3。在这两款工具包中，都包含有一个网关板和一个端点板，以及相应的固件和开发工具，为用户提供了一个完整的 LoRaWAN开发工具链，使得整个的开发过程更为便捷。 图2，意法半导体推出的LoRa开发工具包（图源：STMicro） 两款开发包中的LoRa网关板是相同的，都是基于STM32 Nucleo-144开发板 NUCLEO-F746ZG，板载一颗STM32F746ZGT6微控制器。网关板的功能是充当基本数据包转发器，将网络端点上产生的数据上传到LoRaWAN网络云服务器上。为了给开发者配套提供完整的云计算解决方案，意法半导体还与LORIOT、Actility和The Things Network三家LoRaWAN网络服务器租赁商签署协议，准许用户通过网关连接三家公司的物联网服务器，并免费提供一些基本功能。 开发包中的LoRa网络节点功能是由端点板来实现的，端点板是基于NUCLEO-L073RZ开发板，板子上集成一个STM32L073RZT6超低功耗微控制器。 每款开发包都有一个LoRa端点扩展板，基于板上超低功耗STM32运行一个AT指令栈。 端点扩展板在射频和传感器部分的区别，也构成了两个开发包的主要差异：  P-NUCLEO-LRWAN2开发包的端点扩展板，适用于高频（868MHz / 915MHz / 923MHz）ISM频段；板载的传感器包括LSM303AGR MEMS电子罗盘（加速度计/磁力计）、ST LPS22HB压力传感器，以及ST HTS221温湿传感器。     P-NUCLEO-LRWAN3开发包的端点扩展板，适用于低频（433 / 470MHz）ISM区域；板载的传感器资源有ST LSM6DS33D 加速度计、ST LPS22HB压力传感器以及ST HTS221温湿传感器。 图3，意法半导体LoRa开发包资源一览（图源：STMicro） 开发者可以根据自己的目标应用评估开发包的硬件资源，选择最合适的一款。同时，通过STM32强大的生态系统，开发者还可以方便地获得丰富的资源支持，如LoRaWAN协议栈、Keil MDK-ARM等免费IDE，以及STM32CubeMX等丰富的软件工具。 总之，从硬件到软件，日益强大的开发生态系统可以在LoRa已经确立的起跑线优势基础上，再叠加一个推力，让开发者获得更大的加速度，向终点飞奔。 Read more.
轻量级广域网之战：是什么让LoRa与众不同？
从技术上讲，各种广域网技术都是因范围、功耗和数据速率之间的权衡而发生变化的。那么，LoRa的特殊之处在于什么？ 有几种替代技术正在作为轻量级广域网（WAN）进行推广。这些标准包括Lora、Sigfox、Ingenu和Weightless，以及其他一些或多或少覆盖相同技术基础的无线电标准。所有这些似乎都不太可能幸存下来。哪一个会成为赢家呢？ 我把术语“轻量级广域网”理解为使用开放频谱的广域网，实际上是400MHz、900MHz和2．4GHz左右的ISM频段。准确的波段和规则在世界各地因地区而异。 这些网络的优点是它们不需要用户为昂贵的授权频谱付费。它们的目标应用程序通常需要较低的数据速率，并且通常具有较低的功率需求，这意味着可能需要电池供电。至少长期以来，传统蜂窝解决方案无法很好地满足这一领域的需求，而蜂窝开发的重点始终放在更高的数据速率上。轻量级WAN也主要针对“上行”通信——终端节点向服务器发送数据——尽管可以实现某些下行链路。 从技术角度来看，不同的技术是不同的解决方案，而不是完全不同的解决方案。在范围，功耗和数据速率之间不可避免地要权衡取舍。如果增加范围，则将增加功耗或必须降低数据速率或两者的混合。至今还没有人挑战物理定律。 Sigfox位于天平的远程／低功耗／超低数据速率端，Ingenu位于另一端，LoRa和Weightless位于两者之间。由于它的无线电可以动态调整数据速率，以数据速率交换距离，因此在标准范围内，LoRa具有一定程度的灵活性。 LoRa对比蜂窝数据在物联网方面的优势。此外，还包括蓝牙（图片：Insight SiP），供参考。 尽管存在这些限制，但广泛的应用程序已很好地适应了这些技术。传感器、仪表或其他测量设备的远程读取通常只需要以很少的间隔发送几个字节的数据。但它们能带来真正的增值。 可能比技术差异更有趣的是围绕不同标准采用的不同业务模型，谁拥有部署解决方案的内容和选项。我相信LoRa在这里找到了成功的正确组合。 SigFox的目标是或多或少提供所有功能。它运行网络或许可他人使用，并拥有无线电技术的专利。这将相当于拥有相关3GPP标准的单个垄断移动运营商。 这种一站式服务方法既有优势又有劣势。优势在于您只需要购买终端设备，Sigfox就会为你照看网络端。。缺点是作为一个公司，你完全依赖于Sigfox。没有竞争对手。Sigfox并不是一个大公司。虽然它已经筹集了约3亿美元，但它一直难以实现自己的目标，并且可以说只是在试图通过全球服务覆盖太多领域。虽然我无法提供深入的财务分析，也无法作为一家私人公司提供大量数据，但似乎可以公平地说，Sigfox尚未达到一个强大和稳定的地位。 Ingenu也采取了类似的做法，不过规模更小，只在美国运营。因此，它有相同的优点和缺点。 Weightless则处于另一个极端，它是一个“开源”项目。有一个Weightless SIG和一个开放的标准，但是不太清楚是谁真正驱动了这项技术。市场上可用的设备似乎也有限。 LoRa位于这些极端之间。LoRa无线电调制最初由法国公司Cycleo开发，现在由Semtech拥有。因此，尽管Semtech提供了LoRa无线电收发器，但最近它也将该技术许可给了其他供应商。因此，在物理层，该技术是专有的。 但是，对于网络端，它实际上是完全开放的。LoRa联盟是一个开放的行业组织，定义了网络协议LoRaWAN。任何人都可以操作LoRa网络。 传统的网络运营商、初创运营商和一些地方政府运营的开放网络都在推广该技术。此外，还可以创建自己的网络。有几家供应商出售低成本的LoRa网关。例如，对于大型工业场所，这可能是一个理想的解决方案。如果站点位于远程位置，这也消除了对运营商覆盖范围的依赖。 实际的结果是，许多供应商选择了通过模块、设备和网关来支持该技术。因此，最终用户有选择的余地。Semtech仍然是核心无线电技术的所有者。然而，该公司并不是围绕这一点建立的，也没有任何迹象表明，除了提供收发芯片外，它还想做别的。 显然，预测技术领域的赢家和输家绝非易事。但是在我看来，LoRa拥有适当的平衡，拥有一家成熟的技术公司来驱动核心技术，并围绕着它发展多元化的开放生态系统。客户可以从很多灵活性和选择中受益，而这些都是永不过时的。 更大的问题也许是这些技术中的任何一种能否在蜂窝物联网的即将到来的挑战下生存下来。在忽略了M2M市场多年之后，蜂窝世界已经醒来。通过NB－IoT和LTE－M，它推出了新一代物联网技术。移动运营商具有大力推广其技术的规模和能力。然而，即使在这里，LoRa也有一个优势，那就是不直接与那些可以采用LoRa并自行提出的运营商竞争。移动运营商也可以选择独立于市场上的其他运营商建立专用网络。 NB－IoT和LTE－M的缺点在于，与“轻量级”替代方案相比，它们两者都在某种程度上更加注重数据速率而不是功耗。 因此，尽管在这个瞬息万变、充满不确定性的世界里，没有什么事情是确定无疑的，但LoRa的灵活性为其在远程无线物联网解决方案领域开辟出一片天地提供了最佳机会，尽管目前还不清楚这片天地的确切定位。 Read more.
LoRa节点睡眠状态功耗异常如何排查问题？
LoRa节点睡眠状态功耗（也称之为休眠状态功耗，或者待机功耗）应当是极低的，比如瑞科慧联的产品RAK4200+SHTC3组成的LoRa温湿度传感器，其使用ST的低功耗MCU，可以使LoRa节点不采集传输数据的时刻，待机电流可以降至4uA！ LoRa节点,待机功耗,排查故障 当LoRa节点在睡眠状态的功耗异常过高时，有可能是LoRa节点出了一些故障，或者需要我们修改一些设置。 我们可以首先检查代码MCU是否进入睡眠模式，例如stm32系列，为了保持RAM内容，需要进入stop模式。 接着，可以考虑检查MCU外设代码，当MCU进入睡眠模式前，应该关闭所有外设，例如串口、ADC、定时器等。需要检查在进入睡眠模式的时候，这些外设是不是已被关闭。 还可以考虑检查LoRa节点的芯片代码，看LoRa芯片是否进入sleep模式。 还有一个最容易忽视的点，就是需要检查RF开关芯片信号脚是否失能。如果忘记关闭RF开关，通常会有百微安量级的漏电。相对比正常的几个uA的待机功耗，这种百微安量级的漏电绝对是不可接受的。如果LoRa芯片采用有源晶振，需要拉低有源晶振的供电引脚。 Read more.
室外型LoRaWAN网关的安装方式及注意事项
文章来源：瑞科慧联科技有限公司 本文介绍室外型LoRaWAN网关的常见的安装方式，并以一个实际的安装实例，指出安装过程中需要注意的若干注意事项。 需要知道室外型LoRaWAN网关如何防雷的，可以参见文章安装室外型LoRaWAN网关时需要如何注意防雷？。需要知道室外型LoRaWAN网关的覆盖范围的，可以参见文章LoRa节点配置的天线的增益对丢包率的影响。需要知道LoRaWAN网关能够带多少个LoRa节点的，可以参见文章一个LoRaWAN网关能支持多少个节点。需要知道如何为LoRa节点和LoRaWAN网关选择天线的，可以参见文章如何为LoRa节点和LoRaWAN网关选择天线？。 一、室外型LoRaWAN网关的常见安装方式 室外型LoRaWAN网关的常见安装方式包括抱杆安装和壁挂安装。 1、抱杆安装 如图1所示，为室外型LoRaWAN网关的抱杆安装示意图。 图1 室外型LoRaWAN网关RAK7249抱杆式安装示意图 比如，瑞科慧联室室外型LoRaWAN网关RAK7249配有专用的抱杆安装件，支持的抱杆直径为50-110mm；抱杆安装件可以以图1所示的红色螺栓为轴，实现设备水平和垂直两个方向的角度调整，以便满足设备不同的安装方向要求。 2、壁挂安装 如图2所示，为室外型LoRaWAN网关的壁挂安装示意图。 图2 室外型LoRaWAN网关RAK7249壁挂式安装示意图 瑞科慧联室室外型LoRaWAN网关RAK7249的壁挂安装仍是使用抱杆安装件，先在墙壁上根据安装件的孔间距栽2颗M6的膨胀螺栓（使用下图红色的安装孔），然后把安装件固定在墙壁上，之后的安装和抱杆是一样的。另外，需要注意的是，由于壁挂安装情况极少，所以膨胀螺栓并未随整机发货，需要自备或单独采购。 二、室外型LoRaWAN网关安装过程中的注意事项 室外型LoRaWAN网关在安装过程中，有一些细节上的注意事项需要关注。 此处，我们以一个实际的、存在错误的安装方式的实例图，来介绍需要注意的事项。 如图3所示，这是一个存在若干处需要改正的实际安装图。 图3 存在错误的安装方式示意图 从图3可以找出以下几种错误： 1: 网关的背面挨着的金属面积太大，是不利于信号传输的； 2: 网关接头没有接防水带； 3: 网关没有连接接地电缆，这对于室外部署是不安全的。 结语 室外型LoRaWAN网关一般是抱杆式安装。在实际应用中，务必联系厂商进行安装方式的指导，以期信号传输更好、实际使用过程更安全。 Read more.
一个LoRaWAN网关能支持多少个节点
前言 对于需要购买LoRaWAN网关的人来说，可能最重要的一个问题就是：一个网关能容纳多少个节点？我有N个节点，需要配备多少个LoRaWAN网关才够用？ 很可惜的是，这个问题没有简单的答案。 一、LoRaWAN网关单网关能容纳的节点的数量 1、理论值 假设单个网关每天最多可以接收a个数据包，每个节点的应用发包频率是每小时b个数据包的话，那么，单个网关最多可以容纳的节点的数目的理论值的计算式如下： S=a/(24*b)。 比如，单个LoRaWAN网关如果搭载一个SX1301芯片的话，其每天最多可以接收150万个数据包，如果应用发包频率是每小时1包的话，那么理论上该LoRaWAN网关可以接入的节点的数目 S = 1500000/(24*1) = 62500个。 2、实际值 单个网关可以容纳的节点的数目的实际值比理论值的计算要复杂的多。对于确定的某个网关来说，其每天最多可以接收的数据包也是确定的，难就难在每个节点到底每天发多少个包。 在同一个应用场景下，我们每天需要该节点发送的总的数据长度是确定的，但是，确定长度的数据到底要以怎样的封包长度、发送速率来发送，就不确定了。封包长度如果不同，势必需要发送的包的数量也就不同。 比如，在不同的信号强度下，所用到的扩频因子SF也不同，那么，能发送的数据的长度也就不同，每次能发送的数据的长度不同就会导致需要分成的包的数量也不相同，从而导致即使使用同样的网关、同样的节点，但在节点的不同业务模式下，也会出现单个网关容纳节点的最大数目并不相同的情况。 对于有8个信道的网关来说，在没有LBT(发包前监听信道)的前提下，具体的计算公式为： 信道容量（即节点数量）S=8T/2et0。 其中，8代表8个信道，T代表发送间隔，跟封包长度、速率有关系，1/2e 是基本Aloha算法最大吞吐量，e是常数，等于2.718，t0代表单包的ToA（Time on Air）。 在10字节负载的前提下，速率与ToA的关系如表1所示。 表1 在10字节负载的前提下，LoRaWAN的速率与单包的空中飞行时间ToA的对应表格 举一个例子，假如使用SX1301芯片，在没有LBT(发包前监听信道)的情况下，并且平均每个包空中飞行时间t0=100ms（因此t0=0.1s），平均每个包一分钟发一次（因此T=60s），那么可以容纳多少这样的平均节点呢？S=8*60/(2*2.718*0.1)=883 ，因此，可以容纳883个节点。 而且，采用不同算法，也会导致最大吞吐量的变化，从而引起理论容量的变化。 比如，如果前提条件修改成每个节点都带有LBT功能，采用时隙Aloha算法而不是之前的基本Aloha算法来评估，则由于算法不同，导致最大吞吐量不同，此时最大吞吐量是1/e，因此信道容量（即节点数量）S=8T/et0 ，从而 ，则理论容量增加一倍，即883*2=1766个节点。 3、大致估算 如果不想计算，那么，我们还可以通过以下简单的参考例，来做大致的估算。 在网关信号覆盖较号的情况下，90%的信号强度满足SF9以上的速率的前提下，若发送50字节，5s频次，则一个8通道的网关差不多可以对应40个终端/节点。 频次跟容量是线性关系，因此，如果实际需要的频次改成比如发送是10s频次，那么，可以推出该8通道的网关差不多可以接入80个终端/节点。 在ADR开启、90%的终端速率大于DR3（SF9）的场景下，字节跟容量也差不多是线性关系，因此，也可以根据实际场景的字节简易的代入上述例子来获取一个估计值。 4、注意事项 （1）网关数量 由于最好1个节点能够保证2~3个网关能接收到数据，因此，假如根据上述方式计算得到总共需要N个网关来对应所有的节点，那么，具体到实际运用中，建议需要用2N~3N个网关，而不是N个网关，来对应所有的节点，以确保数据都能接收到。 （2）发送间隔 除非很特殊的应用，否则不太建议发送间隔低于5s，一般来说，发送间隔至少在分钟级别以上比较好。 标准的LoRaWAN协议，发送一个包需要至少保证2s的间隔。 SF发送64字节的，空口时间就已经接近3s了。而如果不遵守LoRaWAN的关于空口时间的要求，则虽然由于网关只负责透传，因此，即使不遵守LoRaWAN协议，则物理层也可以接收数据，但是这时候用户就需要自己去验证测试丢包率。 二、LoRaWAN网关多网关能容纳的节点的数量 在实际应用场景下，单网关并不能满足覆盖和容量的要求。 在满足一定的信号配比的情况下， 网关可以同时接收SF7~SF12 的信号数据。单网关解调和覆盖能力受限制，理论可以达到这个容量，但是实际上比较难， 但是多网关部署，就可以最大化网络容量。因此，实践中，往往更多的是用到了多网关。 1、固定速率 当速率固定时，如果具备N个网关，那么，多网关的容量 = 单网关的容量 * […] Read more.
LoRa节点设备如何上电并入网到阿里云物联网平台
前言 前面的文章里，我们介绍了如何在阿里云上添加LoRa节点设备如何在阿里云物联网平台上添加自己的LoRa节点设备。然而，仅仅是在阿里云上添加LoRa节点设备，该LoRa节点设备在阿里云上显示的仍然是“离线”，要使得该设备在阿里云上的状态变成“在线”，就需要将该LoRa节点设备上电、并设置入网。 本文介绍如何将LoRa节点设备上电、并设置入网。 一、将LoRa节点设备上电 1、将LoRa节点设备与天线、电源等配件进行连接 如图1所示，我们以RAK5205节点为范例，介绍如何将LoRa节点设备上电。按照下图所示节点上的标识，给设备连接上天线、GPS 天线、电池、电源。 图1 RAK5205与配件连接示意图 2、串口调试 打开串口调试工具，并打开相应串口，通过USB 给设备上电，按下板上的 RST 键。串口调试工具可自行百度搜索下载，或使用瑞科慧联提供的串口工具。 图2 RAK瑞科慧联串口工具界面示意图 需要注意的是： 出厂时RAK5205节点设备参数已配置OK。设备三元组出厂是配置好的，尽量不要修改。 如果需要修改，RAK5205 节点设备上电后可以通过 AT 命令配置参数。AT命令的使用方法如下： AT+CDEVEUI=1234567890123456 //设置DevEui AT+CAPPEUI=1234567890123456 //设置AppEui AT+CAPPKEY=12345678901234561234567890123456 //设置AppKey AT+CSAVE //保存修改的配置 AT+CDEVEUI? //查询DevEui AT+CAPPEUI? //查询DevEui AT+CAPPKEY? //查询DevEui 3、修改LoRa节点上报传感器数据的方式 RAK5205节点设备会自动上报传感器数据，可以通过如下命令修改默认配置： AT+CDUTYCYCLE=180 //设置传感器数据默认上传间隔为 180s AT+CGPS=1,100 // 打开GPS，并设置GPS搜索卫星超时时间为100s AT+CGPS=0 //关闭GPS AT+CSAVE //保存修改的配置 修改完后，重新上电就会自动Join和发送传感器数据到阿里云IoT平台了。 二、节点入网 1、节点自动以OTAA方式入网 节点三元组信息出厂已设置进去，RAK5205节点设备上电后会自动以 OTAA 的方式入网，如图3所示。 图3 […] Read more.