基于LoRa技术的物联网解决方案

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。随着物联网从近距离到远距离的发展，必将会产生一些新的行业应用和商务模式。思科(Cisco)、IBM、升特(Semtech)及微芯(Microchip)等LoRa联盟成员正在积极推广LoRa技术。ST已与Semtech达成合作，将会推出基于LoRa的参考设计，提供给LoRa开发者更多的产品和设计资源，以帮助开发者进行基于LoRa技术的物联网设计开发

在部署LoRa物联网应用时，需要有较强的技术基础，尤其是LoRaWAN协议，设计一个稳定可靠的产品系统，仍有一定的技术门槛。为减少LoRa开发者的基础工作的工作量，加速物联网系统的设计和部署，本文推荐一个基于LoRa极速的物联网平台解决方案。

NPLink简介

NPLink基于LoRaWAN广域通讯、互联网、大数据处理等多项技术，打造从感知层到应用层两者之间完整的物联网无线通讯解决方案，适用于广域物联网无线通讯平台，具有可网管、远距离、高容量、低功牦、低成本、抗干扰等特性。

物联网平台解决方案包括：通讯网络服务器(Network Server)、通讯网关(Gateway)、智能尘埃(Mote)、开源的云端SDK开发包、开源的Mote端SDK开发包，以及配套的测试工具＆协议分析软件（Sniffer）。

解决方案平台架构

解决方案系统架构为：云/应用服务器、LoRa网络服务器、LoRa网关、LoRa节点等。如下图所示：

网络服务器（Network Server）

主要功能介绍：

•     LoRaWAN MAC
•     GW网管及配置
•     EN配置及OTA
•     与应用服务器数据交互
•     基于源数据选择最佳的下游路径
•     RTCM高精度定位差分数据广播( 选购)
•     调度下行流量

主要性能：

•     GWM接入数量：2000台
•     EN接入数量：>100万

网关（Gateway）

LoRa网关（Gateway），或者称之为LoRa基站。

主要特点：

•     可同时接收同一信道流量
•     8个channel，每个channel可同时收发多个数据
•     易于扩展，增加网络容量
•     可同时解调2MHz的带宽
•     简单的星形网络、无延迟、无损失
•     自适应链路速率
•     同时通讯节点10万指标
•     回传接入方式：LAN*1个、3G/4G模块1*个（可选）
•     发射功率：27dBm
•     链路灵敏度：-157dBm
•     距离：1.5KM
•     频率支持:433/470/490/780/868/915MHz
•     电源：POE
•     尺寸：250（L）X230（W）X970（H） mm
•     工作温度范围：-40°C到+85°C

网关的部署方式：

节点（Node）

LoRaWAN? 模块（LoRaWAN? Module）

主要特点：

•     LoRaWAN? Module 内置STM32L051C8T6 CPU
•     完整实现LoRaWAN? 1.0协议栈
•     板载STM32L051C8T6 CPU
•     支持LoRaWAN? Class A、Class B、Class C
•     使用TCXO
•     168db动态范围 RSSI
•     9.9mA低RX电流，200nA寄存器保持
•     FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRaTMand OOK 调制
•     频率范围: 433/470/490/780/868/915MHz
•     输出功率： +20dBm（100 mW）
•     电源：2.4~3.6V
•     灵敏度：-147dBm
•     距离：>1.8km
•     尺寸：27(L)X23(W)X2.5(H)mm
•     工作温度范围：-40~+85°C
•     模块提供SDK开发包

测试节点（Test Node）

主要特点：

•     Test Node适用于网络覆盖质量评估
•     Test Node适用于网络Sniffer
•     内置0.96寸OLED屏
•     红色指示灯一个
•     按键一个
•     外接端口15pin（RS232 SPI I2C I/0)
•     外接USB接口和编程接口
•     串口支持MAVLINK协议透传
•     串口支持AT指令集配置工作参数及IO口工作模式
•     频率: 433/470/490/780/868/915MHz
•     输出功率: +20dBm
•     电源: 5V / 200mA
•     灵敏度: -147dBm
•     距离: >1.5 km
•     尺寸: 49(L)X35(W)X12(H)mm
•     工作温度范围： -40~+85°C

开发设计

应用层快速开发

NPLink为应用开发者提供了云端及Mote端的开源SDK开发包，物联网应用开发商基于这两个SDK开发包，可快速完成物联网应用开发工作，而无需关心网络层所要解决的问题。

感知层快速开发

NPLink为感知件的开发提供了LWM模块(LoRaWAN Module)，核心MCU采用了意法半导体公司（ST）的基于ARM Cortex-M0+内核的超低功耗32位单片机，可以通I2C/SPI/GPIO/ADC/DAC等连接传感器及控制器，结合NPlink提供的Mote端开源SDK开发包，即可快速实现具备NPLink物联网通讯能力的产品。

NP-LINK Mote SDK

NPLINK-Mote-SDK 的整体代码体系结构整体可分为3 层，分别为：

• 第1 层：硬件层，主要包括外设IO 的驱动、STM32L051 的驱动库文件、以及通信芯片SX1276/79 的驱动。
• 第2 层：OSAL 及MAC 层，实现了OSAL 的管理及MAC 的核心代码，LoRaMAC 以lib 的形式提供服务。
• 第3 层：应用层，包括了自带的APP task 及用户可自定义的业务逻辑task。

 

开源资源

SDK开发包通过开源的方式发布，当前发布的开源SDK包含以下（SDK不定时更新，敬请关注）：

•     NPLink-Cloud-SDK 云服务端开发包
•     NPLink-Mote-Ambiq-SDK Mote端开发包
•     NPLink-Mote-STM32-SDK Mote端开发包

开发者从GitHub上下载SDK： https://github.com/NPLink

应用案例