System Information Department Technology Stack

author：廖宝众

createTime：2022-05-20

updateTime：2022-05-26

2022-05-26:培训结束

# LoRa与LoRaWAN理论基础

# 什么是LoRa

LoRa，全称是 Long Range，是一种低功耗长距离的局域网无线标准，是Semtech公司发明的一种无线调制方法。

# 什么是 LoRaWAN

LoraWAN 是基于LoRa的一系列的通讯协议和系统架构设计。LoraWAN 也被称为LoRaMAC，因为它就是Mac层而LoRa是物理层。

# 什么是LoRa网关

LoRa 网关位处 LoRa 星形网络的核心位置，是终端和服务器（Server）间的信息桥梁，是多信道的收发机。LoRa 网关有时又被称为 LoRa 基站或 LoRa 集中器，虽然定义不同，但其实是同一含义。

# 什么是LoRa终端

我们一般认为，使用LoRa模块与LoRaWAN服务器通讯的设备成为LoRa终端

# LoRa 的特性

它的最大的特性是可以比其他无线技术（GFSK,FSK等等）在相同的功耗下传播地更远，克服了低功耗和远距离的共存问题。 LoRa 工作在免费的频段，比如169 MHz, 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz等等。

# LoRaWAN 的特性

它的最大特性是开放，任何成员都有资格参与LoRaWAN的制定讨论。而且LoRaWAN在全球范围内能适用，后期打造全球化的网络也是指日可待的事。
LoRaWAN 制定了3种不同的节点工作模式，兼顾了功耗和通讯要求，广泛适用于多个应用场景。
LoRaWAN 在全球范围内都制定了不同的频段计划，以适应当地的法律法规要求。
LoRaWAN 还制定了标准的通用应用层的协议，包括升级、包管理、组播、版本管理、时钟同步等。

# LoRa 网关的特性

业内的网关主要有3种，大型网关，小型网关，微型网关，目前罗万主要是以小型网关为主，大型较少，微型暂时没有。
大型网关主要特点是工业设计的外壳和巨大的外形，小型网关和目前家用路由器大小类似，微型网关基本和U盘大小相当。虽然网关产品的尺寸和外观相差很大，但是他们的核心都是适用semtech的SX120X系列芯片最为数字几代，绝大多数采用SX125X系列芯片作为射频前端。
SX1301芯片是最早一代芯片，也是目前市场上大多数网关搭载的芯片。目前罗万的网关主要有8个上行信道，1个下行信道，所以上行能力较强而下行能力较差，而且只能够以半双工模式运行。意味着，虽然可以多路上行解调通道同时运行，但是一旦下行通道启动，就会停止接收。

# 相关术语解释

  1. 信号 RSSI。信号值一般为负值，越接近0表示信号越强。
  2. 信噪比 SNR。信噪比一般为负十几到正几十，值越大表示信号越好。
  3. 数率 DR。数率一般为0~7的索引值，值越大表示数率越高，和SF是负相关的关系。
  4. 扩频因子 SF。扩频因子一般为7~12的值，值越大表示抗干扰能力越强，同时每帧能传输的有效数据量越少，和DR是负相关的关系。
  5. 频点 Frequency。频点值为设备将数据帧发出时使用的频率值，是频段中的某个具体的值。
  6. 频段 Band。也就是频率值区间，比如从863MHz-870MHz。依据分配规划和法律法规，每个地区所能使用的频段不一样，比如863MHz-870MHz可以使用在欧洲和非洲某些地区。
  7. CN470。CN470是470MHz-530Mhz频段的简称，是目前在中国主要使用的频段，经历过几个版本，后期的版本相对于早期版本有非常大的变化，以至于不能够相互兼容和迭代。 早期版本（1.0、1.0.1、1.0.2、1.0.3） 上行频道有96个，470.3MHz-489.3MHz，下行频道有48个，500.3MHz-509.7MHz。上行时，在96个频点中随机跳频发送，下行rx1频点根据上行频点对48取模，下行rx2默认频点固定。 新版本（1.0.4、1.1） 主要区别在于频道分成了20MHz TypeA、20MHz TypeB、26MHz TypeB、26MHz TypeB这4个频点计划，节点不再从96个频点中随机跳频，而是从出厂时已经划分好了使用哪个频点计划，并且只能够在这个计划内跳频。按照规范要求，2021年11月就需要开始使用这种频道规划。
  8. 最大载荷。在不同扩频因子取值下，LoRaWAN 数据帧能携带的最大载荷是不同的，从最小30多到最大200多字节。总体来说能够传输的数据量是比较小的。
  9. Class A/B/C。 针对不同的应用场景，LoRaWAN定义了三种节点运行模式，分别是Class A（ALL）、Class B（Beacon）、Class C（Continuously Listening）。 三种网络模式中，Class A是所有LoRa网络都必须支持的模式，也是最常用的网络模式。这三个模式设计并不复杂，其实就是在网络灵活性、可用性和节能之间的一个平衡。Class A最节能，但是灵活性相对较低，例如下行数据只能依赖于上行数据的时间。Class C最耗电，但是也是上行和下行数据发送最灵活的。
  10. Class A模式主要提供低功耗上行连接，处于Class A模式的节点可以在任意时间发起上行传输，并只在传输结束时打开两个下行接收窗口，此时接收来自网关ACK。Class A模式下，网关无法主动连接到节点，当无数据传输时，节点处于休眠状态，因此该模式下节点能耗最低。
  11. Class B模式提供节点与网关的周期性连接，该模式下网关节点周期性向节点广播信标帧，保持节点与网关的时间同步。
  12. Class C模式提供节点与网关的持续性连接，该模式下节点始终处于唤醒状态，因此能耗最高。
  13. DevEUI。由于IEEE授权分配的设备全球唯一标识。
  14. DevAddr。每个设备入网成功后，给该设备分配的一个会话地址。
  15. FCnt。MAC层每个消息都包含的一个计数器字段。上行和下行消息各有一个，每次消息成功的上行或者下行后，都会在下一次消息上行或下行中将其加1。
  16. Slot。表示网关的LoRa模块的插槽索引值。0表示第一个插槽，1表示第二个。GWMP协议里的字段。
  17. Channel。表示某个接收频点在LoRa模块接收频点组里的索引值。LoRaWAN将某个频段里面所有频点进行分组，比如每16个为一组。而每个模块接收8个，16个频点需要2个模块接收，那么就有slot0-channel0、slot0-channel1、...、slot0-channel7、slot1-channel0、slot1-channel1、...、slot1-channel7这16个组合。
  18. time。表示网关接收的消息的UTC时间。
  19. tmms。表示网关接收的消息的GPS时间。
  20. tmst。表示网关接收完消息时的一个网关内部时间戳。
  21. NetID。表示一个LoRaWAN网络的唯一标识。理论上这个ID应该向联盟申请分配，方便管理，但是我们公司目前还没有，使用的是自定义的值。

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