什么是LoRa网关？具备什么特点？

LoRa网关概述：

依据用户反馈，本文意在帮助用户说明LoRa网关的介绍及特点，以及应用，LoRa是一种低功耗的广域网通讯技术， LoRa网关 的出现完成了物联网技术中长距离和低功耗的要求，因而LoRa技术被广泛运用到各种各样行业之中。

LoRa网关应用不一样的扩频因素，不一样的扩频因素两组正交和因此理论上能够 在同一无线信道中对好几条不一样扩频因素的数据信号开展调制解调。网关与云端服务器间根据规范IP开展联接，终端根据单跳与一个或好几个网关开展通信，全部的终端通信全是双重通信，另外也系统升级软件远程控制升级等。

现阶段而言，界定不一样，网关种类也不一样。国际性LoRa同盟根据LoRa协议书发布了无线网络连接的规范技术——LoRaWAN，该规范技术的发布推动了LoRa技术开展规模性的组网方案。现阶段我国也是有好几家公司在促进LoRaWAN技术的发展趋势。
LoRa网关的特点

覆盖面：LoRa单一网关的遮盖间距一般 在3-5km的范畴，宽阔地区乃至达到15km之上。

低功耗：充电电池供电系统能够支撑点多年乃至十余年。

高容：LoRa网关归功于终端无联接情况的特点，可出示超出2万之上的终端联接总数。

低成本：通信网络成本费极低，另外适用窄带传输数据。

安全系数：安全系数高。
LoRa网关的应用

金鸽高新科技LoRa网关S281是一款根据LoRa独享协议书的无线网络数据收集报警设备，关键用以多一点且长距离分布式系统的温度湿度收集及其机器设备到云服务平台的全透明传送。
该系统由S281网关和终端（WT1xx系列）二种机器设备构成。终端联接当场控制器、PLC、智能电表等机器设备，将数据信息发送至S281网关，根据SMS/2G/3G/3G/Ethernet 等方法发送至云服务平台或手机上，完成远程控制检测及其 *** 纵，处理客户当场走线难等难点。用户可根据LoRa网关的介绍及特点中的内容做简单了解，如有疑问的地方，可咨询公司的业务或技术人员，解决相关难题。

2009年9月17日，一家法国公司Cycleo向人们展示了一种创新的半导体技术-LoRa，给无线数据传输带来了前所未有的距离。基于这种颠覆性的专利技术，LoRa以最低的成本实现了前所未有的低功率远程无线通信。10mW RF输出功率可提供超过25km视线距离。LoRa技术作为一个低功耗数字IP，不到50K门，可以运行在纽扣或AA电池上。

2012年3月，Semtech公司收购了无线长距离IP服务商Cycleo。Cycelo技术并入到了Semtech RF平台。

2015年2月，LoRa联盟成立于巴塞罗那移动世界大会。 LoRaMAC被重新命名为“LoRaWAN”，成为LoRa联盟成员的规范。LoRa调制解调：LoRa (Long Range，远距离)是一种调制技术，与同类技术相比，提供更长的通信距离。调制是基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）。LoRa显著地提高了接受灵敏度，与其他扩频技术一样，使用了整个信道带宽广播一个信号，从而使信道噪声和由于使用低成本晶振而引起频率偏移的不敏感性更健壮。LoRa可以调制信号195dB低于底噪声，而大多数频移键控（FSK）在底噪声上需要一个8-10dB的信号功率才可以正确调制。LoRa调制是物理层（PHY），可为不同协议和不同网络架构所用-Mesh、Star、点对点等等

LoRaWAN：LoRa调制解调是PHY，LoRaWAN是MAC协议，用于大容量远距离低功耗的星型网络，LoRa联盟正在对低功耗广域网（LPWAN）进行标准化。LoRaWAN协议针对低功耗、电池供电的传感器进行了优化，包括了不同级别的终端节点以优化网络延迟和电池寿命间的平衡关系。它是完全双向的，由安全专家构建确保了可靠性和安全性。LoRaWAN架构还可轻松定位移动目标用于资产跟踪，这是物联网增长量最快的应用。主要的电信运营商正在将LoRaWAN部署为全国网络，LoRa联盟正在标准化LoRaWAN以确保不同的国家网络是可以互 *** 作的。

LoRaWAN 是一种低功耗广域网络（LPWAN）规范，面向在地区、国家或全球网络中电池供电的无线设备。LoRaWAN 针对物联网的关键要求，如安全的双向通讯、移动化和本地化服务。LoRaWAN规范提供智能设备间无缝的互 *** 作性，不需要复杂的本地安装，给用户、开发者、企业以自由，使其在物联网中发挥作用。

LoRaWAN网络结构通常部署成一个星型拓扑结构，其中网关是一个透明桥接，在终端设备和后台中央网络服务器之间中继消息。网关通过标准IP连接连接到网络服务器，而终端设备使用单跳无线通信到一个或多个网关。所有终端节点通信一般都是双向的，但还支持如组播 *** 作实现软件空中升级（OTA）或其他大量信息分发以减少空中通信时间。

终端设备和网关之间的通信在不同频道和数据速率上传播。数据速率的选择需要在通信距离和消息持续时间上做一个权衡。由于扩频技术，不同数据速率的通信不会相互干扰，并创建一组“虚拟”通道以增加网关容量。LoRaWAN的数据速率范围从03kbps到50kbps。为最大限度地提高终端设备的电池寿命和整体网络容量，LoRaWAN网络服务器通过自适应数据速率（ADR）的方案单独管理每个终端设备的数据速率和RF输出。
针对物联网的全国范围网络，如重要的基础设施、保密的个人数据或社会对安全通信有特殊需求的社会重要功能。这已通过几层的加密解决了。

唯一网络密钥（EU164），确保网络层安全

唯一应用密钥（EU164），确保应用层端到端的安全

设备专用密钥（EUI128）

LoRaWAN有几种不同类型的终端设备以解决广泛应用中的不同需求：

双向通讯终端设备（A类）：A类的终端设备允许双向通信，因此每个终端设备的上行链路传输跟着两个短的下行链路接受窗口。传输时隙由终端设备基于其自身的通讯需求安排，根据随机时基有一个小的变化（ALOHA类型协议）。在终端设备发送一个上行链路传输后，对仅简短地要求服务器的下行链路通讯的应用来说，这种A类 *** 作是功耗最低的终端设备系统。在其他任何时间来自服务器的下行链路通讯必须等到下一个调度的上行链路通讯。

具备调度接受时隙的双向通讯终端设备（B类）：除A类随机的接受窗口外，B类设备还在预定时间打开接受窗口。为使终端设备在预定时间打开接受窗口，它接受网关的一个时间同步信标。这使得服务器知道终端设备什么时候在侦听。

具备最大接受时隙的双向通讯终端设备（C类）：C类终端设备几乎是连续地打开接受窗口，仅在发送时关闭。

LoRa全称是Long Range，是远距离的意思。它是一种物理层的无线数字通信调制技术，也称扩频连续调频调制技术，具有传输距离远、抗干扰性强、组网灵活、低功耗等特点，适用于信号覆盖弱、有长距离通信需求的场景。
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1LoRa是一种线性调频扩频调制技术，它的全称为远距离无线电，因其传输距离远、低功耗、组网灵活等诸多优势特性都和物联网碎片化、低成本、大连接的需求不谋而合，故而被广泛应用于物联网各个垂直行业中。

2 LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多LPWAN通信技术中的一种，最早由美国Semtech公司采用和推广。

3这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。

4目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括43 86 2400MHz等。

LoRa的名字是远距离无线电（Long Range Radio），作为一种线性调频扩频的调制技术。是低功耗广域网（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。

这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

LoRa因其功耗低，传输距离远，组网灵活等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求十分的契合，因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业，前景广阔。

LoRa的特性总结：

1、传输距离：城镇可达2-5Km，郊区可达15Km。

2、工作频率：ISM频段包括433、868、915MH等。

3、标准：IEEE 802154g。

4、调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。

5、容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。

6、电池寿命：长达10年。

7、安全：AES128加密。

8、传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长。

LoRaWAN核心功能：

1、控制无线参数：速率、功率、频率和ADR自适应速率；

2、实现QoS：ACK可靠通信、网络管理等；

3、通信协议：信息去冗余、精准回复（找到信号最强的Gateway，将回复信息发送给End Nodes）、唤醒节点等；

4、网络安全：节点入网、网络层和应用层加密解密；

5、节点漫游：移动节点从A网关切换到B网关；

6、增值服务：节点定位，节点自动升级等。

LoRaWAN的网络实体分为四个部分：终端节点、网关、LoRaWAN服务器和用户服务器。

1、End Node:终端节点一般是各类传感器，进行数据采集，开关控制等。

2、Gateway: LoRa网关，对收集到的节点数据进行封装转发。

3、NetworkServer:主要负责上下行数据包的完整性校验。

4、ApplicationServer:主要负责OTAA设备的入网激活，应用数据的加解密。

5、CustomerServer:从AS中接收来自节点的数据，进行业务逻辑处理，通过AS提供的API接口向节点发送数据。

lora

LoRa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。

线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年， 由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。

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。

工程造价和物联网工程是两个不同的专业，分别有各自的优势和发展方向。工程造价的重点是建筑工程成本管理和预算，是建筑工程中的重要一环。而物联网工程则是计算机、通信技术等方面的综合应用，是未来的热门行业。更具体的选择需要根据自身情况而定，例如兴趣爱好、职业发展方向等等。如果偏向于管理、经_

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