概括起来,目前相对成熟的物联网应用主要四大领域有:
一、产品的智能可追溯网络系统
目前,在医药、农产品、食品、烟草等行业领域,产品追溯体系发挥着货物追踪、识别、查询、信息采集与管理等方面的巨大作用,已有很多成功应用。
二、物流过程的可视化智能管理网络系统
基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等多种技术,在物流过程中实时实现车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理的系统。目前,初级的应用比较普遍。
三、智能化的企业物流配送
基于传感、RFID、声、光、、机、电、移动计算等各项先进技术,建立的全自动化的物流配送中心。借助配送中心智能控制、自动化 *** 作的网络,可实现商流、物流、信息流、资金流的全面协同。目前一些先进的自动化物流中心,基本实现了人队码垛,无人搬运车搬运物料,分拣线上,开展自动分拣,计算机控制堆垛机自动完成出入库,整个物流作业与生产制造实现了自动哈、智能化与网络化系统。这也是物联网的初级应用。
四、企业的智慧供应链
在智慧物流和智慧供应链的后期保障网络系统支持。打造智慧供应链,是IBM智慧地球解决方案重要的组成部分,也有一些应用案例。
在这之前,我们通过《从陌生到认识——LoRa技术》知道了LoRa,在这之后,我们或许可以将LoRa技术落地应用。
首先,什么是LoRa网关? 网关功能和大小都和WIFI路由器差不多,它用来接收节点(终端)发射的数据,然后通过互联网把数据转送到LoRa应用服务器。
常用的LoRa网关芯片有:
以 Dragino 网关为例,Dragino LG08 网关使用了一个网关芯片(SX1301),两个射频前端芯片(SX1257),可以同时监听8路+1路LoRa信号,接收灵敏度为 -140dBm,支持LoRaWAN协议标准。
大部分网关的设计都可以同时接收8 路不同射频频率的信号
因为,LoRa网关有8个LoRa信号接收信道,这信道好比马路上的车道,如果马路有八条车道,即可以同时实现八辆车并排通行,如果要求每一种类型的车仅能行驶在固定的车道,那么,八车道的马路同时并排的八辆车必须是不同类型的,LoRa网关也如是,它只能同时接八种不同类的信号(频率和SF不同),如果同一时间有大量节点发射数据,网关的信道被占满后,会放弃其他多余的信号。
LoRa信道冲突是很常见的,所以节点发射信号要有协议规定,例如信号占空比,每个节点每次发射信号占用的时间不能超过规定的时间,否则视为不遵守规则。 网关可以通过硬件设计方式,例如添加节点芯片,实现LBT——listen-before-talk,LBT的作用是监控信道是否被占用,在某些国家(日、韩)是强制要求网关实现这个功能的,因为这些国家面积小,人口又比较多,通信频道容易拥塞,使用LBT能提高信道效率。
网关容量的计算比较复杂,如果终端按每3分钟发射一次数据,数据长度为50B去估算,网关接纳终端的数量是900个左右。
具体要计算网关接纳终端的容量,受很多因素制约,其中至关重要的是通道多址接入控制协议,多址接入协议分类有:
1固定多址接入,典型的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。
2随机多址接入,靠随机数控制,典型的协议有ALOHA, CSMA。
3基于预约的多址接入,数据发射前先进行通道预约,原理和日常预约挂号差不多。
LoRaWAN一般有8路信道,每路信道是相互独立的,我们只要分析其中一路信道,计算其容量,再乘以8就可以计算出网关的容量。
以Dragino LG08网关的其中一个信道为例进行分析,首先,需要统计网关覆盖区域内的所有终端节点的发包长度、ADR后的扩频因子、发包频率这些参数。通过LoRa计算工具(计算公式)计算出LoRaWAN模式下不同扩频因子对应的传输速率,并计算出每个终端节点的每个包的飞行时间,然后进行加权平均和数据处理。
处理方法如下:
很明显LoRa的网关容量是足够大的,物联网节点设备每天的发包率大多数都很低,一个Dragino LG08网关每天可以支持几十万(粗略估算 )条上行数据,计算公式: 。
如果考虑下行数据,上行的数据包总量会有所减少,大概会减少 20%~50%的上行数据容量。
如果使用Dragino的新款网关LIG16(SX1302方案),上述数据容量会明显增大,1302的信道的吞吐量要比1301大 倍。
基本上,LoRaWAN网络的信道容量是足够的,网关布置的关键是要考虑信号的覆盖问题。
LoRa节点芯片亦发展到了第二代,第一代为SX127X系列,第二代为SX126X系列,新产品性能必须要比旧产品性能好,SX126X对比旧版的优势有:
可以通过使用温补晶体或电路开槽的方案解决。
空中飞行时间可以通过公式计算得到:
是单个码元的时间, 是数据包码元总数。
数据包长度值最小是1B,最大长度需要满足国家地区无线电规范。 需要注意的是,每增加1B长度的数据,其空中飞行时间不会连续增加,而是增加一定字节的数据后一次性增加时间。
这是因为数据发射前要经过LoRa芯片的交织编码处理,而交织编码器有一定的容余空间。
例如在 SF = 7 的配置下,交织器的容量是 ,其中有 是有效载荷, 发送1B~3B的数据都是用5个码元,发送4B数据时,就要10个码元数,而10个码元可以容纳56b(7B)有效载荷。
LoRa通过无线电波传输,无线电波从发射天线发出,沿不同途径和方式到达接收天线,传输到达的距离远近和电波的频率、极化方式、传播的路径等有关。
电波的理想路径是在真空传输,没有阻挡,舒舒服服。
在实际的应用环境中存在各种障碍物,使电波的传播产生反射、绕射和衍射等非理想传输方式,造成距离计算的多样性和复杂性。
无线电波极限距离可以用公式表达为:
弗里斯传输方程是讨论,在自由空间的一个射频发射和接收系统中,发射功率、接收功率与天线增益、传输距离之间的关系。
当发射天线与接收天线的方向系数 都为1时,设发射天线辐射功率 与接收天线的最佳接收功率 的比值为 , 得公式:
D=1时,无方向性发射天线的功率密度:
D=1时,无方向性接收天线的接收面积:
该天线的接收功率为:
于是自由空间传播损耗为:
当电波频率提高一倍或距离增加一倍时,自由空间传播损耗分别增加6dB 。
如果考虑天线增益影响,发射天线增益系数为 , 接收天线为 ,可以导出公式:
这就是弗里斯传输公式 ,它还有很多变形,利用公式可计算收发设备间的最远工作距离 。
电磁波传播过程中存在额外衰减,定义为衰减因子:
相应的衰减损耗为:
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗:
在路径传输损耗 为客观存在的前提下,降低链路传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增益系数。
链路预算用来估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最远距离。
一个系统中链路预算等于其发射机的最大输出功率与接收机最高灵敏度的差值,用dB表示。当系统的链路预算大于路径损耗时,可以实现通信。
接收信号强度(RSSI)常用 表示, 用来判断链接质量,其表达式为:
理论上两颗简单的SX1262芯片就可以实现地球和月球之间的无线通信。
实际应用可以通过增大发射功率或者改善天线架设环境等措施去增加无线传输距离。
LoRa技术的性能大体讨论到这里,更高深的知识还待去学习更新。
无论你使用什么设备,它都必须连接到互联网,我们称之为互联网互联网互联网是一件美妙的事情。将设备连接到Internet可以产生许多好处。我们已经通过手机、平板电脑、电脑和其他设备实现了它的好处。如果我们将其他设备连接到Internet,我们将获得更多意想不到的好处。我在这里指的其他设备都是设备。
物联网是一个简单的概念:把所有的设备都连接到互联网上,物联网之所以让每个人困惑,不是因为它的概念平台太窄,而是太宽。即使有很多应用实例,从共享单车到共享汽车,从智能井盖到智能路灯,从智能停车到自动驾驶,你也很难在脑海中有一个清晰的概念,所有这些都与物联网技术的原理有关物联网技术的原理实际上是基于物联网,利用RFID、无线数据通信技术,构建一个连接一切的“物联网”。在这个网络中,所有连接的对象都可以相互“通信”,相互传递信息。物联网有三大关键技术:传感器技术、传输技术和云计算。它代表了物联网设备信息收集、传输、计算(思考)和反馈的全过程。
目前,传感器技术和云计算技术已经比较发达,能够满足人们的需求,但传输技术限制了物联网的广泛应用,目前物联网的方式有:低功耗短距离:ble或ZigBee低功耗长距离:dda iot,nb-iot、lora-iot或2G大数据短距离:WiFi大数据长距离:4G(值得一提的是,dda-iot是中国第一个拥有自主知识产权的物联网技术,其技术指标和参数性能已远远超过中国国际水平、自主性,可控性和本地化,可能成为未来智能时代国家的安全保障。)在网络布局上,远程网络直接接入基站,不需要自己设置网络节点。在短距离网络中,需要一个网络节点。首先将终端数据传输到节点,然后将节点连接到Internet上,远程传输的价格比短距离传输的价格更高,功耗也更高。
合理使用长距离匹配,可以有效降低物联网终端的成本,如原来共享单车使用2G网络解锁,需要保持长数据连接或使用下行链路短信解锁,功耗高,成本高;现在共享单车直接使用手机蓝牙解锁,节省了数据流,降低了功耗,提高了解锁速度,所以物联网非常简单:物联网=物联网,物联网=传感器内置物,物联网=物联网客户端和物联网。
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