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。
如何在阿里云物联网平台上定义LoRa节点设备的产品功能
前言 前面的文章里,我们介绍了如何在阿里云物联网平台上添加自己的LoRa节点设备,并让LoRa节点设备在阿里云物联网平台上成功入网LoRa节点设备如何上电并入网到阿里云物联网平台。 但是,LoRa节点设备在阿里云物联网平台上成功入网并不代表着阿里云物联网平台就可以直接处理来自LoRa节点设备的数据,仅仅代表LoRa节点设备能够将数据发送给阿里云,这些数据是以加密后的二进制的形式传输的,到了阿里云会解析成解密后二进制数组,但是阿里云并不知道这些数据的具体含义。 那么,我们需要在LoRa节点设备和阿里云物联网平台之间,设置一个“翻译者”,让阿里云能够理解LoRa节点设备所发送的数据的含义。通过在阿里云物联网平台上设置LoRa节点设备的产品功能定义和解析脚本,就可以实现“翻译者”的设置。 产品功能定义和解析脚本两个一体的,如果不定义产品属性,就没必要用解析脚本。解析脚本就是把阿里云收到的数据转换成产品定义属性的值。比如,设备把传感器数据或者功能发送到阿里云,这个传感器数据或功能的定义就是产品功能定义,如温湿度传感器就至少要有温度和湿度的属性。所以需要解析脚本把这个二进制数组解析成阿里云认识的格式,这样阿里云就可以把二进制数据转换成设备的具体属性,如温度,湿度等。 本文介绍如何在阿里云物联网平台上设置产品功能定义。 1、在阿里云管理平台上进行对产品进行“功能定义” 如图1所示,进入设备管理-产品页面,点击产品列右侧的“查看”操作。 图1 在阿里云物联网平台上查看已创建的产品 2、在产品页面点击功能定义-选择下方的自定义功能-添加功能 图2 阿里云物联网平台的产品功能定义页面 在图2上,点击“编辑草稿”,并选择“快速导入”: 图3 在阿里云物联网平台上快速导入物模型 以RAK5205节点设备为例,可以在阿里云物联网平台上导入的LoRa节点设备的物模型为RAK5205.json文件,该文件可以在Github上瑞科慧联RAKwireless的栏目中获取到。 需要注意的是,需要先将RAK5205.json文件里的productKey修改到与自己所要导入的产品的ProductKey的值一致之后,才能导入该RAK5205.json文件。 如图4所示,自己所要导入的产品的ProductKey的值,可以在阿里云物联网平台上,通过查看产品的ProductKey的方式获取到。 图4 阿里云物联网平台上查看产品的ProductKey的地方 获取到ProductKey之后,需要如图5所示,对RAK5205.json文件里的productKey进行修改,修改到与阿里云物联网平台上查看到的产品的ProductKey的值一致。 图5 对RAK5205.json文件里的productKey进行修改 3、发布更新 导入物模型(比如RAK5205.json文件)之后,效果如图6所示。 在图6所示的界面上点击“发布更新”,则产品的功能定义完成。 图6 阿里云物联网平台导入物模型之后的效果示意图 结语 本文介绍了,当阿里云物联网平台的标准功能没法满足需要的时候,用户可以根据实际的LoRa节点设备的数据属性,通过在阿里云物联网平台上自定义产品的功能,来实现根据自身业务自定义功能的目的。 来源:瑞科慧联科技有限公司 Read more.
LoRa无线自组网模块MESH通信系统
一、组网结构示意图 JZX81X 组网模块采用扩频技术,其工作频率集433mhz和 490MHZ 于一体,只需简单设置一下信道即可完成工作频率的转换,极大地满足了各种应用环境的使用要求,提高了通讯系统抗干扰能力。 自组网络是平面式的对等网状网络,网络中每个节点都能作为路由节点和目标节点使用。通讯模块采用本公司自组网协议,充分使用网络中的路由冗佘,每个节点除了主路径之外,还有多条备用路径;网络具有良好的自愈性,当某个节点与中心之间访问链路失效后,中心可自动启动该节点的路径修复功能。 二、JZX81XA/B 模块的技术指标 调 制 方 式: LoRa 工 作 频 率: 433MHz/490MHZ 发 射 功 率: JZX811A/B:50mW(17dB); JZX813A/B:500mW(27dB); JZX817A/B:2W(33dB) 接收灵敏度: -139dBm 发 射 电 流: JZX811A/B:150mA; JZX813A/B:360mA; JZX817A/B: 1.5A 接 收 电 流: JZX811A/B:15mA; JZX813A/B:22mA; JZX817A/B: 22mA 休 眠 电 流: JZX81XA:6uA; JZX81XB 无休眠 信 道 速 率: 200/300/600/1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 串 口 速 率: 1200/2400/4800/9600/19200Bit/s 接 口 类 型: TTL、RS232、rs485 接口数据格式: 8E1/8N1/8O1 用户可定做 […] Read more.
SigFox与LoRa技术原理、应用场景和商业模式上的比较
多年来,Sigfox和LoRa是LPWAN领域的主要竞争对手。虽然公司背后的商业模式和技术原理完全不同,但Sigfox和LoRa适用的应用场景非常相似:移动网络运营商(例如中国电信等)采用他们的技术在城市进行低功耗,广域网的进行物联网部署,也就是常说的LPWAN。 然而,近年来,随着新竞争者进入市场,即窄带物联网,也就是NB-IoT,LoRa依然风生水起,在全球范围内逐渐被广泛使用,而Sigfox的市场份额停滞不前,似乎正在苦苦挣扎。从技术角度来看,Sigfox在美国的网络性能并不像欧洲那么好,在中国就更差了些,Sigfox是一家法国公司。这部分是因为它在US-900 MHz中使用的频段容易受到高水平的干扰; 并且由于美国联邦通信委员会的空中时间限制(400毫秒),这削弱了链路并限制了Sigfox在美国可以覆盖的面积。 由于Sigfox的商业模式依赖于网络运营商租售的提成收入,利润率并不高。最重要的是,Sigfox最近经历了很大的人事变动,这表明在留住顶尖人才方面需要做一些努力。 另一方面,LoRa虽然可预见的时间内,将会继续保持增长,单它是一项有严格细分市场的通讯技术,尤其是随着NB-IoT和LTE-M等其他技术的上市,已经没有可能完全吞下低功耗广域网市场。 总而言之,物联网连接的重点似乎发生了变化。Sigfox和LoRa仍然是竞争对手吗?是的。但是现在人们并不专注于网络技术,他们专注于应用场景。这些技术已被降级到应有的位置,它们是工具,仅此而已。 尽管如此,LPWAN不会很快就会被取代,这使得对Sigfox vs. LoRa的讨论仍然具有一点热度,我们就用这一篇文章来总结一下,SigFox与LoRa在技术原理、应用场景和商业模式上的区别。 技术原理 SigFox Sigfox是一种窄带(或超窄带)技术,它使用称为二进制相移键控的标准无线电传输方法,它采用非常窄的频谱并改变载波无线电波的相位以对数据进行编码。这允许接收器仅在一小片频谱中接收信号,从而降低噪声的干扰。它需要廉价的无线终端和相对复杂的基站来管理网络。 Sigfox支持双向通信功能,从终端到基站的通信相对较好,但其从基站到终端的容量受到限制,并且费用也高。这是因为端点上的接收器灵敏度不如昂贵的基站那么好。 截至2017年底,Sigfox已在超过36个国家开展业务(其中17个国家覆盖全国),并计划在2018年将这一数字增加到60个。 LoRa 相比于Sigfox,LoRa是一种具有更宽频带的扩频技术,通常为125 kHz或更高。其频率利用编码增益来提高接收器灵敏度。 LoRa比SigFox所使用的频谱款,理论上干扰相对就更多。然而,lora信号通过编码增益,使得这部分因为提高带宽导致的噪声显著降低。 SigFox和LoRa的资费差不多,但与SigFox昂贵的硬件不同,lora的终端设备和基站更便宜一些,这是因为你可以在lora的基站和终端设备可以使用完全相同的芯片。虽然LoRa基站往往比终端设备贵,但与SigFox的基站相比那还是小巫见大巫了。 SigFox与LoRa的应用场景 由于Sigfox与LoRa技术上的技术特点上的不同,其所适用的应用场景就有所差别。 最典型的区别是,Sigfox需要移动服务商的基站设备,在移动信号覆盖不到的偏僻和地下区域,例如采矿和隧道挖掘等地下作业、山区、西北无人区的工矿业等,这种情况Sigfox无法使用。而LoRa不必通过运营商的基站,因此没有地域限制,你可以自己搭建和管理网络,而且成本低。举例来说,地下停车场 如果由于对称链接需要真正的双向性数据传输,LoRa可能是更好的选择。因此,如果您需要命令和控制功能,例如电网监控,LoRa是最佳选择。 使用Sigfox,您可以使用双向命令和控制功能,但要正常工作,由于非对称链接,网络密度需要更高。因此,数据量小并且发送频率低的应用,Sigfox也是不错的选择。 除了这些微小的差异,Sigfox和LoRa服务于类似的市场。值得注意的是,这两种技术最初都是针对865和868 mHz之间的欧洲频段而设计的,并且它们都面临着进入美国监管市场的挑战。目前正在取得进展,两种技术都在努力达到美国联邦通信委员会的通讯标准。 商业模式 SIGFOX Sigfox商业模式采用自上而下的方法。该公司拥有其所有技术专利,从后端数据和云服务器到终端设备。但区别在于SigFox本质上是端点的开放市场。只要商定了某些业务条款,Sigfox就会将其终端技术提供给硅制造商或供应商所需的任何产品。意法半导体,Atmel和德州仪器等大型制造商生产Sigfox芯片。Sigfox认为保持低应用成本是保持竞争力的关键。 Sigfox终端使用商用MSK无线电,它们相对便宜。你可以花几块钱购买一块模块,所以Sigfox的合作伙伴并没有从硬件本身挣到利润。Sigfox通过让网络运营商向客户转售其技术堆栈支付服务费来赚钱。换句话说,Sigfox放弃了硬件方面的利润,但将软件和网络作为服务出售。在某些情况下,公司实际部署网络并充当网络运营商。在法国和美国就是这种情况; 当你在那里购买窄带物联网服务时,你将会在Sigfox网络上运行。 Sigfox的最终目标是让世界各地的大型网络运营商部署其网络。它已经筹集了3亿多欧元来实现这一目标,并且具有很大的全球影响力。Sigfox自2009年以来一直存在(比该领域几乎所有其他技术活的都长),它可能是物联网中最具狼性的通讯技术了。 Sigfox认为,与移动网络运营商合作来部署网络并从中收取少量服务费,而不是在终端销售昂贵的硬件。但是,这种商业模式存在一些缺点。首先,如果你想部署一个Sigfox网络,你必须直接使用Sigfox,没有其他选择。此外,在一个区域中只能部署一个Sigfox网络。 LoRa LORA联盟有不同的策略,他们的网络管理方式是开放的,您可以签约并加入lora联盟,任何硬件或网关制造商都可以制造LoRa模块或网关。但是唯一为LoRa制作芯片的公司是Semtech。其他制造商生产的系统级封装设备内部采用的也是Semtech的芯片。因此,虽然生态系统本身是开放的,但它确实有不开放的元素。 关于LoRa的开放标准的一个好处是它的灵活性带给它非常强大的生命力,它不会由特定的公司驱动。在实践中,这确实会导致开发速度变慢,因为您正在通过联盟制定标准。 LoRa联盟认为开放性会带来活力,因此成员们强调任何人都可以加入联盟并构建硬件来支持它。这里的关键是采用LoRa的公司如何获得价值。就像Sigfox一样,LoRa联盟希望网络运营商部署LoRa网络,但他们也希望私营公司和初创公司使用lora。为此,他们围绕漫游网络展开了一些讨论。围绕这一想法的业务和技术尚未充实,因此接下来的步骤之一将是弄清楚如何允许从公共网络漫游到公共网络和专用网络到专用网络。 Read more.
LoRaWAN 基础知识与关键技术
摘要: LPWAN与LoRaWAN的关系 LPWAN或称LPN,全称为Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络强调低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。 LPWAN与LoRaWAN的关系 LPWAN或称LPN,全称为Low Power Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络强调低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。因为低功耗与低速率的特点,这种网络与其他用于商业,个人数据共享的无线网络(如WiFi,蓝牙等)有着鲜明的区别。 应用中,LPWAN可使用集中器组建为私有网络,也可利用网关连到公有网络上去。 LPWAN因为跟LoRaWAN名字类似,再加上最近的LoRaWAN在IoT领域引起的热潮,使得不少人对这两个概念有所混淆。事实上LoRaWAN仅仅是LPWAN的一种,还有几种类似的技术在与LoRaWAN进行竞争。 图1 LPWAN与其他无线网络相比 概括来讲,LPWAN具有如下特点: 双向通信,有应答 星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁) 低数据速率 低成本 非常长的电池使用时间 通信距离较远 LPWAN适合的应用: IoT,M2M 工业自动化 低功耗应用 电池供电的传感器 智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等 LoRaWAN与LoRa的关系 同样是因为名字类似,不少人将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。 图2 LoRaWAN网络分层(图中物理层使用LoRa,但是要注意物理层与MAC层独立,至于无线频段,图中使用的ISM频段,但从技术角度来讲也可使用其他任何频段) LoraWAN的主要竞争技术 市场上存在多个同样使用LoRa作为物理层的LPWAN技术,例如深圳艾森智能(AISenz Inc.)的aiCast。aiCast支持单播、多播和组播,比LoRaWAN更加复杂完备。许多LoRaWAN下不可能的应用因此可以实现。 Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些较有前景的应用案例。 NB-IoT(Narrow Band-IoT)是电信业基于现有移动通信技术的IoT网络。其特点是使用现有的蜂窝通信硬件与频段。不管是电信商还是硬件商,对这项技术热情很高 关键技术LoRa简介 LoRaWAN的核心技术是LoRa。LoRa是一种Semtech的私有调制技术(2012收购CycleoSAS公司得来)。为了便于不熟悉数字通信技术的读者理解,先介绍两个常见的调制技术FSK与OOK。选用这两个调制方式是因为: 这两个是最简单、最基础、最常见的数字通信调制方式 在Semtech的SX127x芯片上与LoRa同时被支持,尤其是FSK经常被用来与LoRa比较性能。 OOK OOK全称为On-Off Keying。核心思想是用有载波表示一个二进制值(一般是1,也可能反向表示0),无载波表示另外一个二进制值(正向是0,反向是1)。 图3 OOK时域波形 在0与1切换时也会插入一个比较短的空的无载波间隔,可以为多径延迟增加一点冗余以便接收端解调。OOK对于低功耗的无线应用很有优势,因为只用传输大约一半的载波,其余时间可以关掉载波以省功耗。缺点是抗噪音性能较差。 FSK FSK全称为Frequency Shift Keying。LoRaWAN协议也在某些频段写明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用两种频率的载波分别表示1与0。只要两种频率相差足够大,接收端用简单的滤波器即可完成解调。 […] Read more.
LoRa与NB-IoT技术有什么区别
交互数据的激增,需要相应的网络技术的支撑,而现阶段应用的网络技术还无法满足长距离、窄宽带的通信场景的需求,在这样的背景下,物联网应运而生。而低功耗网络作为物联网的重要技术,其发展速度最快。 技术对比 1、工作频段与服务质量 对于工作频段而言,在远距离通讯中,对于LoRa来说,处于非授权频段进行工作,与其他行业的无线通讯网络相比较,在LoRa技术中融入了线性调频技术,充分确保了工作频段的低功耗性,在很大程度上,增加了通讯距离 。对于NB-IoT技术,主要是建立在蜂窝技术的基础之上,采用了1GHz之下的授权频段。 与NB-IoT相比,LoRa技术的抗干扰能力较强,且可实现多信道数据的并行处理,但无法提供与NB-IoT相同的服务质量,若想取得更高的服务质量,需要投入更多的资源。在NB-IoT技术之中,通过授权频段及同步协议,可为服务质量打下基础,而对于LoRa技术,其应用的场景不能对该技术有很高的服务质量要求。通过比较,NB-IoT更加可靠,可以为用户提供高质量服务,用户体验更佳,大部分运营商也更加青睐于NB-IoT。 2、网络覆盖范围与成本 在网络覆盖范围方面,NB-IoT覆盖面更大。在郊区,利用LoRa技术,传输距离只能达到15千米,而利用NB-IoT技术,传输距离可达35千米,超过前者的两倍。不过,在部署方面,LoRa要优于NB-IoT。对NB-IoT进行部署的时候,信号强度取决于4G/ITE的情况,比如NB-IoT无法部署在4G未覆盖的农村地区。在成本方面,虽然NB-IoT的服务质量比较好,但在频段授权方面,会花费很多的资金,在每个基站中,最少的投资资金也需要15000美金;对于LoRa技术,其服务质量不高,只能够适用于要求比较少的场景中,在部署成本方面,比NB-IoT会少很多。 3、电池寿命与频段利用率 对于IoTaWAN协议,能够按照实际的应用场景,对节点的通讯频率进行合理调整,有效降低了运行能耗,不管是蜂值电流,还是休眠电流均比较小,有效延长了电池的使用寿命。 市场定位 1、LoRa技术 在LoRa技术中,其协议具有一定的独特性,能够根据客户的需求,及时做出相应的改变,在网络部署方面, 花费的成本也相对较低。一般来说,LoRa技术可以应用在具有特殊要求的网站中,比如说:企业以及政府机构等。LoRa技术具有较强的灵活性,也比较经济实惠。不仅如此,LoRa可以满足定位跟踪额的需求,功耗比较低,其连接量比较大。 在我国的各个城市中,具有诸多的高速公路,各个国道和省道 也正在不断的发展中,在这样的背景下,出现了智慧道路。在LoRa技术的基础上,提出了智慧道路的想法,利用LoRa信号覆盖,能够有效处理道 路中诸多的突发情况,缓解了交通拥堵现象。 (1)应急终端 在道路中,一旦出现车祸,又或者车辆出现问题的情况下,在路灯杆中,经过应急终端的安装,可以向道路管理云平台发送相应的求助请求信息。在道路管理云平台中,经过接收相应的请求之后,得䀐GIS,可以准确掌握事发地点,进而安排适合的人员,准确 到达事发地点,有效处理交通事故。 (2)手机APP用户端 在APP客户端中,用户能够接收道路管理云平台所发送的交通情况信息,在道路管理云平台中,可以向自己 车辆发送其所在路段的交通信息,在智慧道路中,提供的信息比较准确。 (3)道路管理云平台 对于道路云平台,主要的功能包括两方面,第一,接收应急终端的求助请求;第二,在APP客户端中,为客户及时反馈路况。 2、NB-IoT技术 NB-IoT是基于蜂窝技术建立的,其服务质量比较高,受到诸多运营商的认可。由于国际标准的指定,在加上监管政策的实施,运营商对NB-IoT技术进行了大力推广,在网络部署中,NB-IoT技术得到了广泛应用,在公网以及运营商级的相网络中,NB-IoT技术具有明显的优势。如今,在市场中,经过NB-IoT技术的应用,可以满足低传递速率的场景,还能满足时间延长较少的场景,具体的应用实例如下。 以NB-IoT为基础,这样的智慧消防栓能够有效弥补传统消防栓的不足,尤其是消防栓偷水、漏水、倾斜撞倒、故障检测等方面的问题。对于NB-IoT技术,应用在智慧消防栓的时候,主要优势为以下几个方面。 (1)状态监测 监测城市各街道消火栓状态,以及电源、水压是否正常、完好;消火栓开水监测及开水持续时间监测;消火栓完好监测(倾斜、撞倒); (2)异常实时报警 出现突发情况,系统自动发出报警信息,通知相关人员对有安全隐的地点采取紧急措施,避免出现意外; (3)偷水漏水监测 硬件方案内置感应传感器,可感应消火栓转轴的拧动,从而获取消火栓的阀位开关度,监测偷水漏水。 (4)人员识别 通过在嵌入式主板集成RFID识别器,并为每个维护管理人员配备相应的IC卡,可精确判断消防栓的开闭是否属于正常维护,实现智能化管理。 (5)地图精确定位 系统架构GIS地理信息系统平台,将消防辖区内消防栓数据定位在地图上,直观显示每个消防栓地理位置以及状态。 3、LoRa与NB-IoT的共同发展 经过大量的分析可知,LoRa与NB-IoT有着自己的技术特点,其市场特性也是不同的,在这两者中,技术都不是完整的,根据目前物联网发展的情况可知,LoRa与NB-IoT的共同发展是未来的发展方向,经过这两项技术的联合应用,可以优势互补,进而建立更加健全的物联网网络层,扩大物联网的立体格局。 综上所述,在物联网市场中,经过LoRa、NB-IoT技术的应用,开创了物联网的新格局,促进了各个行业的发展。对于LoRa技术,可以有效应用在网络部署中,而NB-IoT技术的服务质量比较高,在公用网络值得推广使用。 Read more.
低功耗广域网(LPWAN)技术-LoRa远距离无线技术
低功耗广域网(LPWAN)的是物联网领域中一个新的发展热点,由于其低功耗、广域的特点,非常适合于物联网大规模的部署。在中国制造2025和智慧城市建设发展过程中,低功耗广域网应用将会越来越多。下面可以从几个方面了解一下低功耗广域网: 近距离和远距离:常见的近距离无线通信技术,如Wi-Fi、蓝牙等,通信距离一般几十米,若要覆盖一个地区一个城市的网络,则部署成本会较高。而低功耗广域网无线通信距离可达几公里,甚至几十公里。无线通信距离的增加,为物联网应用带来了新的发展空间,补上了物联网无线通信距离的短板,为物联网大规模的应用部署提供了技术支撑。 高数据速率和低数据速率:电脑、手机上网浏览网页、视频等应用需求追求的是高数据速率,速度越快越好。而另一方面,物联网的一些应用中,数据速率并非越快越好,通讯频次低,传输的数据量也非常少,如抄表、停车场管理等。 电源和低功耗:高数据速率带来的是高功耗,需要有充足的电源供应。而低功耗广域网的数据速率低,终端节点仅需要少量的电能就可以维持工作,这样就可以使用电池供电或其他的能量收集的方式供电,这有助于在一定范围内使终端节点可以大规模地接入网络。 公网和私网:相对于电信运营商遍布全国的网络,地功耗广域网方兴未艾。电信网络运营商有成熟的商业模式,而低功耗广域网没有现成的商业模式可以参考,需要不断探索创新。低功耗广域网的建设相对电信运营商的网络来说成本小很多,可以以较小的投入搭建起一个小的运营网络来,可以做一些项目的商业化运营。但若要大面积铺设网络,覆盖一个城市甚至一个国家,还是离不开电信运营商的参与和支持(如现在的铁塔公司)。若把电信网络的称之为“公网”,商业化运营的低功耗广域网络则可称为“私网”或“小网”,在小范围内独立化商业化运营,未来可能会出现一种 “私网”的运营商。 低功耗广域网正在重塑着一些新的商业模式,在一些创新的应用中,正在由产品向服务发展演进。对于低功耗广域网技术的应用,颠覆也好,改变也罢,物联网领域正在发生更为深刻的变化。 Read more.
NB-IoT技术通过扩大物联网连接方式覆盖所有应用场景
基于卫星的NB-IoT网络和企业自建私有NB-IoT网络,都是通过扩大物联网连接方式,实现“连接未连接的物”,扩大5G大连接的范畴,尽量使物联网通信技术覆盖所有场景。 在《2020全国物联网全景图谱报告》前言中提到,物联网通信技术正在“扩大连接范围,连接未连接的物”。过去几年中,NB-IoT作为专用于物联网的通信技术,除了由主流运营商部署外,也在不断扩大部署形式,扩展运营商NB-IoT不能覆盖的范畴,力求做到大部分低功耗、大连接的远距离物联网场景都有相应连接方案。 基于卫星的NB-IoT NB-IoT一个新的扩展方向是向天基物联网发展,即通过卫星提供全球无处不在的NB-IoT网络,这样不论身处海洋还是深山中,都可以实现物联网连接。 初创公司Skylo Technologies为全球物联网用户提供泛在连接服务,其中一个亮点是计划于2020年夏季推出基于卫星的全球化NB-IoT网络,这一NB-IoT网络旨在为移动性设备提供服务,主要应用于农业、交通、航海、应急等领域。Skylo公司成立于2017年,并于当年年底获得三家机构1300万美元的A轮融资,其中一家机构是谷歌前CEO Eric Schmidt的风投公司;近日,该公司又获得了软银领投的1.03亿美元的B轮投资。 Skylo公司基于卫星的NB-IoT网络是采用地球同步通信卫星连接Skylo部署在地球上的网关,网络运行频段除了专门的同步卫星通信业务频段外,也运行在3GPP所定义的频段上。这是一个双向通信的网络,除了网关将数据回传给卫星外,由于专有的天线技术,卫星无需额外设备也可以将数据反馈至网关。其中,那些网关是8*8英寸的盒子,一般安装在渔船、火车车厢以及其他场景设备上,网关盒子作为收发器,收集本地传感器数据,并通过卫星网络将数据传输至云端平台。 目前已有大量卫星通信的方案,但卫星通信一般成本很高,而这张NB-IoT网络成本并不高。根据Skylo公司CEO所述,该网络连接成本比现有卫星通信方案节约95%的成本。具体来说,该网络连接资费大约为每个用户每月1美元,硬件成本即网关低于100美元。Skylo公司的卫星NB-IoT网络首先在印度提供服务,首家客户是印度铁路公司,印度铁路公司将在其车厢安装Skylo的网关,使用Skylo的NB-IoT网络。 根据GSMA发布的数据,截止2020年1月,全球已有92张商用NB-IoT网络。在全球主流运营商都部署NB-IoT网络的同时,基于卫星的NB-IoT网络正在践行着“连接未连接物”的使命,一方面对运营商蜂窝网络形成补充,另一方面在一定程度上也和蜂窝网络形成竞争。 实际上,Skylo并非独家提供卫星NB-IoT的厂商,美国另一家物联网公司Ligado Networks表示其准备在1500MHz-1700MHz频段上使用NB-IoT标准建设一个卫星网络;卢森堡一家名为OQ Technology的公司已经在一些商业卫星上测试软件定义无线电(SDR)的NB-IoT无线接入。除此之外,我们也看到近年来大量初创公司均推出廉价的低轨卫星物联网方案,国内也有数家民营卫星公司推动卫星物联网进展,当然国内还未出现基于卫星的NB-IoT网络。 私有NB-IoT网络 GSMA所公布的截止1月有92张NB-IoT网络商用,这些网络均为主流运营商向所在区域提供的公共物联网网络,而随着NB-IoT逐渐成熟,私有NB-IoT网络开始出现,为一些关键行业提供更为安全可靠的保障。 2019年6月,位于美国加州的一家名为Puloli的公司宣布推出首个私有NB-IoT网络,该网络采用700MHz频谱,部署在佛罗里达北部,基本覆盖该地区大多数人口,是为该地区一家公用事业企业提供部署的。对于私有网络,Puloli探索出一套网络即服务(NaaS)的商业模式,负责网络设计、部署和运营。除了网络服务外,该私有NB-IoT网络采用Pycom公司基于Sequans Monarch芯片的NB-IoT模组,该模组支持700MHz频段。 由于是私有网络,Puloli对此进行专门的频段定制,在700MHz频段中使用1MHz作为下行,另外1MHz作为上行。当然,由于700MHz频段已经被21家基础设施机构购买,包括电力、燃气、水务、石油以及铁路公司,因此频谱是部署私有网络最具挑战的环节。Puloli与一家名为Select Spectrum的频谱咨询机构合作,该机构为无线电频谱的买卖提供规划、咨询和数据分析服务,最终确定频谱定制方案。 部署私有网络并非一件新鲜事物,在移动通信发展的各个历史阶段,都有很多重点行业和重点企业基于自身业务的需要,自建或者委托建设一张归属于自己的私有网络,与运营商提供的公共网络做到物理上的隔离来保障安全性。因此,在全球主流运营商积极部署NB-IoT公共网络的同时,NB-IoT私网也开始出现,也是一个正常的现象。 当然,从目前发展情况看,NB-IoT私网并未形成一个大量部署的态势。实际上,早在2016年6月NB-IoT标准冻结之初,华为就推出了基于NB-IoT的私网方案eLTE-IoT,华为企业网官方微信对此做出以下描述: eLTE-IoT解决方案是为企业自建的免授权物联网市场,提供基于Sub-GHz免授权频谱的低功耗中长距物联网无线技术。针对低数据速率、大规模终端数目及广覆盖要求等典型的M2M应用场景,eLTE-IoT可以为政企等行业客户,如智慧城市、电力和燃气/水务厂商开辟广阔的物联网市场。eLTE-IoT的芯片将完全重用3GPP NB-IoT的芯片,和免授权频谱上的LTE技术类似,eLTE-IoT产业链的参与者,也是3GPP NB-IoT的玩家。 既然能够复用NB-IoT本身产业生态,那么随着NB-IoT产业的发展,NB-IoT私网产业链也会准备就绪。不过,除了产业链外,需求、商业模式等方面也需要准备就绪。近年来,仅电力等少数行业中有NB-IoT私有网络的应用。 在当前5G快速发展的背景下,NB-IoT已纳入5G mMTC候选标准中。此前,全球多国和大量行业都在探索发展5G私网,不少国家也开始为企业建设5G私网分配频谱,形成5G赋能行业的一种典型的形式。企业自建5G私网,在很大程度上用于物与物的通信,连接企业各类物联网设备,而其中低功耗、大连接的部分将由NB-IoT来承载。从这个角度来看,未来NB-IoT私有网络更多是通过5G私网来呈现。 不论是基于卫星的NB-IoT网络,还是企业自建私有NB-IoT网络,都是通过扩大物联网连接方式,实现“连接未连接的物”,扩大5G大连接的范畴,尽量使物联网通信技术覆盖所有场景。 Read more.
什么是LoRa?
1.LoRa概述: 智能物联网应用改善了我们的生活方式,并且正在解决城市和社区面临的一些挑战:气候变化,污染控制,自然灾害预警和生命急救。企业也通过改进运营和效率以降低成本获取效益。这种无线射频技术正在应用到汽车,路灯,制造设备,家用电器,可穿戴设备中。LoRa技术使我们的世界成为一个智慧星球。 2.LoRawan技术支持的公司: 在我们此次的iot项目中,我负责底层采集数据,采集设备用的是ST公司的STM8单片机(所以在此之前我学习了stm32单片机)。 3. LoRa联盟 背后的利益集团 和LoRa相爱相杀的 NB-IoT 出自于全球标准化组织 3GPP ,由大名鼎鼎的ETSI(欧洲电信标准化委员会)、日本ARIB(无线行业企业协会)和TTC(电信技术委员会)、CCSA(中国通信标准化协会)、韩国TTA(电信技术协会)和北美ATIS(世界无线通讯解决方案联盟)等等组成。 相比于 3GPP 的根正苗红,LoRaWAN 背后的LoRa联盟则势力弱了一些。从协议的封面可以看到作者是来自于3个董事会成员公司: N. Sornin (Semtech), M. Luis (Semtech), T. Eirich (IBM), T. Kramp (IBM), O.Hersent (Actility)。 我们知道每一项技术的推广,都伴随着利益的推动。虽然组织和联盟都是非盈利性组织,但是旗下的企业成员都不是一心来做公益的。从企业角度来讲,花5W去投入做的事情,注定是抱着撬动至少50W美金的预期去做的。 LoRa联盟于2015年上半年由思科(Cisco)、IBM和升特(Semtech)等多家厂商共同发起创立,截止目前(2017.04)有400+的成员,董事会成员中也有不少大企业,大家共同为瓜分未来低功耗广域网的蛋糕而抱团努力着。这是我做的一个表格,收集了现阶段(2017.04前)愿意交纳5W美金会费的19个董事会成员,你可以看到这些企业的愿景。 电信运营商 bouygues 法国三大移动网络运营商之一 comcast 美国最大的有线电视运营商 KPN 荷兰皇家电信集团 orange 法国电信运营商 Proximus 比利时电信运营商 SK telecom 韩国电信运营商 网络安全方案商 gemalto 金雅拓,网络安全方案商,涉及网络加密设计,是中国移动合作伙伴 giesecke 捷德,支付安全方案商,涉及网络加密设计,是工行、建行等的U盾方案商 云平台方案商 actility 法国,ThingPark云平台 IBM […] Read more.
NB-IOT/LoRa/Zigbee无线组网方案对比
物联网设备节点组网存在2种组网方式, 无线组网和有线组网。 无线组网我们常见到的有Zigbee,LoRa, NB-IOT等,其中Lora/NB-IOT属于LPWAN技术,LPWAN技术有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点。 NB-IoT有个明显的优势是数据采集后可直接上传到云端,不需要通过网关,简化了现场部署。通常要部署一个网关需要考虑位置,周围信号影响,考虑因素较多。 现在把这个三个无线组网方案做一个较全面对比,以供在做方案选择时候做参考: NB-IOT LoRa Zigbee 组网方式 基于现有蜂窝组网 基于LoRa网关 基于Zigbee网关 网络部署方式 节点 节点 + 网关 (网关部署位置要求较高,需要考虑因素多) 节点 + 网关 传输距离 远距离 (可达十几公里,一般情况下10KM以上) 远距离 (可达十几公里,城市1~2公里,郊区可达20km) 短距离 (10米~百米级别) 单网接入节点容量 约20万 约6万,实际受网关信道数量,节点发包频率,数据包大小等有关。一般有500~5000个不等 理论6万多个,一般情况200~500个 电池续航 理论约10年/AA电池 理论约10年/AA电池 理论约2年/AA电池 成本 模块5-10$,未来目标降到1$ 模块约5$ 模块约1~2$ 频段 License频段,运营商频段 unlicense频段, Sub-GHZ(433、868、915 MHz等) unlicense频段2.4G 传输速度 理论160kbp ~ 250Kbps,实际一般小于100kbps,受限低速通信接口UART 0.3~50kbps 理论250kps,实际一般小于100kbps,受限低速通信接口UART 网络时延 […] Read more.
LoRa芯片的八种工作模式解析
启动LoRa模式(既设置RegOpMode的LongRangeMode位)后,就可以设置LoRa工作模式。。如下表: 通过变更RegOpMode寄存器的值,就可以在各种模式之间进行切换。。 Read more.
LoRaWAN网络结构
LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一,LoRa网络规范有LoRa物理层技术(非开放技术由semtech提供)和LoRAWAN(MAC多媒体接入层)开放层协议。 协议层次 LoRa整个网络协议层次如下,Application为应用层,常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议,协议定义的终端类型有ClassA、ClassB、ClassC三种类型,其主要差别ClassA上行触发下行接收窗口,只有在上行发送了数据的情形下才能打开下行接收窗口;ClassB定义ping周期,周期性进行下行数据监测;ClassC尽可能多地监测下行接收,基本只有在上行发送时刻停止下行接收;协议要求每个终端必须支持ClassA,而B、C为可选功能,同时在支持ClassC功能的终端上无需支持classB类型。LoRa的物理层未开放,借助一些资料可以大致理解下其物理层技术;LoRa的设计使用ISM(Industrial Scientific Medical),亦即非授权免费频段。 网络结构 LoRa整体网络结构分为终端、网关、网络服务、应用服务几个功能,一般LoRa终端和网关之间可以同过LoRa无线技术进行数据传输,而网关和核心网或广域网之间的交互可以通过TCP/IP协议,当然可以是有线连接的以太网,亦可以为3G/4G类的无线连接。为了保证数据的安全性、可靠性,LoRaWAN采用了长度为128比特的对称加密算法AES进行完整性保护和数据加密。 星型拓扑结构 LoRaWAN中Server模块可以细分为Join server、Application server和Network Server,只是按照功能来划分,实际中可以是一个物理整体。Join Server用于终端设备的请求网络服务能力时的激活流程,Netwrok Server负责和网关及终端的MAC数据交互,Application Server为应用层服务端。规范提供的参考网络模型如下 at home景 roaming场景 与NB-IoT效果对比 主要类比下类型功能实现,来方便理解,不对性能等做比较。ClassA只有上行发送了之后,下行才能发送数据,类比于NB-IoT模块处于PSM(Power Saving Mode)模式下时,只有终端上行发送了数据,网络才能下发数据给终端,此种场景下需要网络具有缓存数据能力;ClassB模式下,有点类似NB-IoT的DRX、eDRX模式,NB模块的eDRX最大可以配置到2.9小时,而LoRa的接收周期最大128s;ClassC类型终端除了上行发送时间外可以一直接收,更接近于NB-IoT的连接态。 Read more.
LPWAN低功耗广域网技术比较:Wi-SUN、LoRaWAN、NB-IoT
低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)是为了因应物联网(Internet of Things,IoT)远距离通讯需求而产生的技术,具有高覆盖、低功耗和广域连接等特性。 而Wi-SUN、LoRa、NB-IoT均为LPWAN技术之一种,其中又可以分成授权频段(License Band)与非授权频段(Unlicense Band)。在授权频段方面以3GPP (3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)所主导的NB-IoT技术为主,其采用现有的3G、4G网络,主要投入的厂商包括电信营运商以及相关的设备厂商;而使用非授权频段的技术则处于遍地开花的情况,主要技术为Wi-SUN、LoRa等。 无线连接技术有多种选择,且无线协议本身都有显著的不同,但最适用于公用事业、智慧城市和工业物联网的三种协议是Wi-SUN FAN(Field Area Networks)、LoRaWAN和NB-IoT(LTE Cat-NB)。以下就针对这三种技术进行介绍与比较分析。 Wi-SUN、LoRa与NB-IoT简介 Wi-SUN(Wireless Smart Ubiquitous Network)联盟成立于2012年,是基于IEEE 802.15.4g、IEEE 802和IETF IPv6标准的开放规范。Wi-SUN联盟有250多家会员,它们共同推出了150多种Wi-SUN认证产品。 Wi-SUN FAN是一种网状网络协议,网络中的每个设备都可以与相邻设备通信,这使得它的讯息可以在网络中的每个节点之间进行非常长距离的跳转。Wi-SUN FAN是专门为更大范围的端点设计的,这些端点更适合被应用于户外、长距离传输。Wi-SUN FAN具有自组网(self-forming)功能,可以轻松地将新设备添加到网络中,同时具有自我修复(self-healing)功能,如果一条路径断线,网络将自动重新路由到网关。目前Wi-SUN联盟会员们在全球已部署超过9500万个支持Wi-SUN的设备。它使智慧电表、智慧路灯等设备能够连接到一个公共网络上,在公用事业和智能城市应用中被广泛应用。 LoRa是美国半导体制造商Semtech并购的法国公司Cycleo所开发的无线通信技术,在这个基础上与IBM合作完成规范,并由Semtech、IBM、Cisco为核心所组成的LoRa联盟推动相关发展,目前拥有400多家会员。 LoRaWAN是在Semtech拥有的专有LoRa无线电设计的基础上构建的公共规范,从端点到端点的角度来看,它并不是完全开放的,而且迄今为止,Semtech只开放了有限的知识产权,LoRaWAN的供货商生态系统确实各不相同,这意味着设备和设备不能保证可完全相互操作(interoperable)。 NB-IoT也被称为LTE Cat-NB,是由国际电信标准制定组织3GPP所支持,针对IoT所打造的电信级网络,NB-IoT出现在3GPP的R13(Release 13)规范中,由3GPP进行主导加上三大电信设备商诺基亚(Nokia)、爱立信(Ericsson)、华为(Huawei)支持,无须布建新的网络,可以利用软件升级的方式,目前在亚洲、欧洲、美洲等区域已经开通实验网。 Security 安全性 在安全性已经成为物联网讨论重要部分的今日,Wi-SUN FAN提供经验证的企业级安全认证,其关键区别在于本地公钥基础架构(PKI,public-key infrastructure)集成,它为网络上的每个设备提供安全认证功能。这可以确保设备不会被恶意修改程序,因而证明传入的韧体更新是系统认可的。这对于将要被布建在户外数年甚至数十年的设备尤其重要。 另一个特性是对IPv6与相关网络安全特性的支持,如入侵检测、流量塑形、网络分析和渗透测试等。这使得Wi-SUN FAN能够更有效地抵御DoS (denial-of-service,拒绝服务) 攻击。 虽然LoRaWAN和NB-IoT有很多方法可以做到上述这些,但是在规模上,Wi-SUN FAN的生态系统由于有公开标准作为基础因而更加容易达到,其生态系统获得芯片供货商,软件公司和安全专家的大力支持。 Ecosystem 生态系统 健康的生态系统对于网络标准的成功非常重要。在推广联盟的支持下,生态系统应提供大量可互操作的产品,广泛应用于物联网中。 Wi-SUN FAN,Wi-SUN联盟由250多家成员公司组成,成员包括芯片和产品供货商,软件公司,公用事业,学术机构,政府机构和监管组织。每个成员产品皆通过一系列针对互操作性的测试和认证计划,健全Wi-SUN生态系统。 LoRaWAN,LoRa联盟拥有400多个成员,芯片厂商算是相对弱势的一环。LoRa虽然积极与芯片商合作,但其网络核心技术还是掌握在发起厂商之一的Semtech身上,芯片厂商要合作通常是以MCU搭配Semtech的通讯芯片,或者以模块的方式推出。且尚不清楚每个成员的产品在该生态系统中的可互操作性。此外,市场上出现私有LoRa设备使情况变得更为复杂。 NB-IoT,尚未发展一个成熟的供货商生态系统。 Power […] Read more.