无线传感器如何使用 LoRaWAN？
LoRaWAN 被定义为长距离广域网，是一种源自 LPWAN 进步和物联网对可靠的长距离网络功能的需求的LoRa 技术。
LoRaWAN 被视为一种无线通信标准，可将物联网设备连接到网络，以使用最少的电池电量在长距离内传输信息数据集。消费者和行业对效率的需求决定了LoRaWAN 传感器的扩展速度，随着越来越多的设备需要更有效地提供更多结果，无线传感器或物联网传感器的应用也在增长。
虽然无线传感器网络和物联网传感器背后的想法很复杂，但我们将分解信息并以一种干净、简单的方式重新传递它。
LORA 和 LORAWAN 有什么区别？
LoRa 和 LoRaWAN 是经常互换使用的技术术语，但从定义上讲它们并不相同。它们有何不同，我们将解释它们的区别。
LORA 是什么？
LoRa 本身代表长距离，被视为物理 (PHY) 或第一层标准。Radio Bridge 的 LoRa 设备和无线射频技术是一种长距离、低功耗平台，已成为全球 物联网传感器和网络的无线标准。
LoRa 技术可以部署智能物联网应用，这些应用旨在解决全球挑战，如能源效率、污染控制、基础设施生产力、灾害预防等。LoRa 是指使用多符号啁啾格式传输无线电信号的物理实现，在通过专有系统传输之前对信息进行编码。这与 LoRaWan 略有不同。
LORAWAN 是什么？
另一方面，LoRaWAN 使用 LoRa，并包含一个由应用标准组成的附加 MAC。LoRaWAN 是一种流行的无线通信标准，可以与 3G、蓝牙、GSM、LTE 等归为一类，尽管它们并不相同。LoRaWAN 具有与智能手机相似或更大的范围、Wi-Fi 的灵活性、与手表相当的电池寿命，而且价格仅为几美元。LoRaWAN 具有许多理想的功能，使其成为物联网传感器和设备的有吸引力的标准。
LoRaWAN 有哪些特色？
LoRaWAN 植根于物理 LoRa 层，原始最大数据速率为 27 kbps 。鉴于 LoRaWAN 无线传感器的低功耗长距离功能，单个传感器或无线物联网传感器网络可以保持供电约十年，然后才需要维护。以下是 LoRaWAN 的一些主要功能：
· 双向
· 电池寿命长（长达10年）
· 低成本
· 低数据速率（0.27bps – 50kbps，平均每天 10 kB）
· 远距离（市区小于5公里，郊区小于10公里，VLOS小于80公里）
· 在未经授权的频谱中运营
· 安全（AES 加密）
LORAWAN 在哪里使用？
如上所述，LoRa 满足三个 L 的要求，其中两个是积极的，第三个是主观的。低功耗、长距离和低数据速率使无线传感器和其他LoRa 技术在多个行业中拥有许多用例。天然气/电力/水无线传感器计量可以每天发送几次当前使用信息，而智能停车可以配置为在停车位已满或空出时发送消息，无需布线，维护成本低。
LoRa 技术还可用于智能照明，通过观察路灯状态和运行来控制和优化交通流量。环境监测用途包括观察湿度、污染、辐射、声音、温度等。这种用途与地理定位相结合可以建立重要的见解。
这种技术还可以用于资产管理，报告某些特定资产（如控制灯、锁等）的状态和位置。跟踪行业能够简化和有效地跟踪货物、运输车辆以及包裹状态和运输路线警报。医疗保健将看到LoRa 网络的好处。
想想医院和疗养院中的活动检测和跌倒监测传感器。无需充电，使用寿命长，网络覆盖范围强。
LORAWAN 如何工作？
为了简单起见，LoRaWAN 网络主要可以通过下图来说明：
设备<–>LoRa 无线电<–>网关<–>网络服务器<–>终端应用程序
看起来线性、简单，但又令人困惑和神秘。它是如何工作的？这意味着什么？上行消息（从设备发送的数据）经过加密并通过 LoRa 无线电传输。该消息由一个或多个网关接收，然后网关通过网络（通常是 IP 蜂窝/以太网）将加密数据传输到网络服务器。网络服务器是验证设备并解密 LoRaWAN 有效负载的软件。然后，服务器将数据包传送到适当的最终应用程序。
这个过程也可以反过来发生，更确切地说，消息可以向下游发送，从而允许应用程序重新配置终端设备。话虽如此，LoRa 的设计目标是使用低能耗，这意味着某些设备在监听传入的数据传输时会受到限制。如下一节所述，此因素取决于设备。
什么是 LORAWAN 无线传感器设备？
LoRaWAN 传感器设备是发送或接收信息数据的任何东西，通常由无线传感器、检测器和执行器等设备执行。这些设备分为 3 类，本质上比上一类有所进步。
例如，A 类设备只能在发送上行消息后的一小段时间内接收消息，然后返回低功耗睡眠状态，无法接收新消息。
B 类与 A 类类似，但能够按照预定的时间间隔监听传入的消息。
与 A 类和 B 类不同，C 类能够持续监听新传入的消息而无需进入睡眠模式，但是，此功能是以更高的能耗为代价的，因此许多 C 类设备不是由电池供电的。
LoRaWAN 标准使用两种不同的消息类型：MAC 消息和数据消息。MAC 消息用作控制无线电和网络消息的命令。数据消息是发送/接收的实际有效载荷，并且特定于应用程序或设备。由于这些传感器的消息传递能力有限，MAC 命令/消息能够与数据消息一起传递，类似于搭载，并且可以一次发布多条 MAC 消息。
什么是 LORA 无线电？
LoRa 使用射频 (RF) 信号在未经许可的 ISM 频谱中进行通信和操作。这意味着任何人都可以公开使用此频段，而无需付费或获得许可，只要遵守美国 FCC 确定的法规即可。尽管 LoRa 在 ISM（工业、科学、医疗）频段运行，但 ISM 领域内的范围因地理区域而异。
LoRa 为指定的无线传感器提供以下地理频率范围内的必要范围和数据速率：欧洲：868Mhz 和 433 Mhz、美国：915Mhz 和澳大利亚：915-928 Mhz。这些差异导致美国设备和网关无法与欧洲或澳大利亚设备兼容。LoRa 使用多种技术来提高数据可靠性，但其中最重要的两种是扩频和自适应数据速率 (ADR)。
扩频：最初为军事应用而开发，用于增强对噪音和干扰的抵抗力。它通过获取原始信息并将其扩展到更大的频率来实现这一点。
ADR：这允许增加数据速率和传输功率，以调整信号质量和网关距离的功能。较慢的传输将具有更高的扩展因子，从而实现更长、更可靠的范围。
什么是 LORA 网关？
网关可以看作是接入点或调制解调器。它接收范围内设备发送的所有 LoRa 无线电消息。如果网关内置有网络服务器，它将在本地处理数据有效负载，如果网络服务器位于云端，网关将简单地将加密数据包中继到服务器。
网络服务器做什么？
一旦 LoRa 网关收到传输的数据包（消息），它将继续向上游传输到网络服务器，该服务器被认为是 LoRaWAN 网络中最智能或最复杂的区域。网络服务器负责执行一系列任务，包括：
· 解密 LoRa 有效载荷数据
· 提供与网络通信的设备
· 对其网络和传感器范围内的所有LoRaWAN 网关的传入消息进行分组。
· 将传入数据直接/提前到适当的最终应用程序。
· 调节网关的 LoRa 无线电设置。
· 当有多个网关时，将选择范围内的最佳网关来为该特定设备发送下行消息。
· 数据缓冲：存储下行数据（消息），直到 A 类或 B 类 LoRa 设备能够接收配置期间指定的消息。
· 过滤/消除来自单个设备发送的重复消息/数据，这些消息/数据出现在接收网关未知的多个网关上。由于没有区别，多个网关可以接收相同的数据。
· 评估/监控网关和设备。
大多数情况下，网络服务器会将来自特定 ID 和端口的消息定向到指定或预定义的应用程序。这通常是通过将其发送到 Web 服务 (HTTP(S)) 或将其放入 MQTT 队列中，然后按确定的时间间隔将其发送到正确的位置来实现的。
结束申请意味着什么？
LoRa 网络中数据传输的最后一步是将数据发送到实际的终端应用程序。制造商和开发人员将在此创建代码来解析与正在使用的应用程序相关的设备收到的消息。在此，原始数据被组合成易于理解的信息，以供最终用户解释。
我们简化了流程图，以便您可以直观地比较这些区域之间的工作方式。
最后，我们来谈谈安全性。因为网络本身不需要能够解释收到的数据，除非它属于网络基础设施或与网络本身相关。网络会话密钥 (NwkSKey) 在发送 MAC 命令时加密消息和有效负载。此密钥对消息进行签名，允许网络验证发送者的身份。
第二个密钥称为应用程序会话密钥 (AppSKey)，负责加密有效载荷（实际数据），无需被网络服务器识别或知晓，即可将消息转发到需要的位置。然后，应用程序服务器将使用相同的密钥解密消息以提取信息。
有两种安全方式可以加入 LoRa 网络。它们被称为个性化激活 (ABP) 和无线激活 (OTAA)。这决定了 LoRaWAN 设备如何连接到网络，但不涉及我们上面详述的上下游通信流。
发布时间：2022-05-10