LoRaWAN網關教程

描述

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嘿，怎么了，伙計們！來自 CETech 的 Akarsh。

如果您有很多與 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 網關等相關的問題，那么您應該閱讀這篇文章，因為今天我們將深入了解 LoRaWAN 網關、它們的用途、工作方式、類型等.

我們之前的一些項目與 LoRaWAN 網關有關，例如使用 TheThingsNetwork和基于 LoRaWAN 的 GPS Tracker設置LoRaWAN 網關，但今天我們不會做任何類似的事情。我們將詳細討論 LoRaWAN 網關，這也將消除您對使用 LoRaWAN 網關的一些疑問。如果您對 LoRaWAN 網關感興趣，請嘗試一下。

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什么是洛拉？

在我們前往 LoRaWAN 或 LoRaWAN 網關之前，我們需要知道 LoRa 是什么，因為 LoRaWAN 是 LoRa 的增強版本，或者換句話說是更高級的版本。所以基本上，LoRa 是 Long Range 的縮寫形式。顧名思義，LoRa 是一種基于射頻的通信協議，用于以極少的功率將數據傳輸到數百公里的遠距離。據記錄，使用 LoRa 的最長數據傳輸范圍約為。700 公里，但在該實驗中，試圖使條件更接近理想條件。您可以從此處閱讀有關該實驗的信息。在正常情況下，我舒適地觀察到了大約 8 公里的范圍，這仍然非常高。低功耗和遠距離，這兩個特性使 LoRa 與眾不同。如上所述，它適用于無線電頻率范圍內的頻帶。它根據我們使用它的位置使用免許可的亞千兆赫茲無線電頻段，例如 433 MHz、868 MHz、915 MHz 和 923 MHz。

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它基于源自啁啾擴頻 (CSS) 技術的擴頻調制技術，而不是像蜂窩網絡那樣的付費網絡。我們可以使用許多 LoRa 模塊來使用 LoRa 傳輸和接收數據，它們可以在點對點模式或廣播模式下工作，但數據只會保留在這些 LoRa 節點和組成的網絡中那些節點。如果我們想在網絡之外的某個地方獲取數據，我們不能僅使用 LoRa 來做到這一點。這就是我們需要 LoRaWAN 的地方。在 LoRaWAN 中，我們通過網關將 LoRa 技術與任何其他技術（如 Wi-Fi、互聯網等）連接起來。這大大增強了 LoRa 的能力。LoRa 的一些優點和缺點是：-

優點：

• 遠距離：LoRa 設備可以在 1 公里至 10 公里的距離內傳輸信號。
• 低功耗：LoRa 端節點僅在固定時間喚醒，可延長電池壽命。終端節點電池可以使用 5-10 年。
• 安全性：在終端節點和網絡服務器之間使用 AES128 進行數據加密/在應用程序級別使用 AES128 進行數據加密。
• 低成本：以免費頻率工作，使用該技術無需前期許可費用。6) 輕松部署：網絡架構簡單，易于自行部署。

缺點：

• 不適用于大數據傳輸。
• 不適用于連續監測。
• 僅在固定時間喚醒，因此您無法隨時與端節點通信。
• 由于使用自由頻率，傳輸速度較慢且容易受到干擾。

所以這些是關于 LoRa 的一些細節。現在在下一步中，我們將檢查 LoRaWAN 是什么。

什么是 LoRaWAN？

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在最后一步中，我們檢查了 LoRa 是什么，并且我們還知道，每當我們需要在 LoRa 模塊之間的網絡之外或在 LoRa 模塊以外的任何設備上傳輸數據時，我們需要一個帶有 LoRaWAN 網關的 LoRaWAN但是在使用 LoRaWAN 之前，我們顯然需要知道 LoRaWAN 是什么以及它的規格是什么，我們將在這一步中做這些。

LoRaWAN 是基于 LoRa 的廣域網的簡稱。每當我們通過將 LoRa 與任何其他技術（如 Internet、Wi-Fi 等）相結合來使用 LoRa 時，就可以說我們正在使用 LoRaWAN。簡而言之，我們將 LoRa 網絡與互聯網或任何其他技術連接起來。您可能在想 LoRa 網絡如何連接到 Internet。這個問題的答案是使用 LoRaWAN 網關。什么是網關以及它的作用將在下一步中討論。現在，讓我們專注于 LoRaWAN。

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LoRaWAN 網絡架構部署在星型拓撲中，其中網關在終端設備和中央網絡服務器之間中繼消息。網關通過標準 IP 連接連接到網絡服務器并充當透明網橋，只需將 RF 數據包轉換為 IP 數據包，反之亦然。無線通信利用 LoRaò 物理層的長距離特性，允許終端設備和一個或多個網關之間的單跳鏈路。所有模式都能夠進行雙向通信，并且支持多播尋址組，以便在固件無線 (FOTA) 升級或其他大規模分發消息等任務期間有效利用頻譜。

安全性是任何大規模物聯網部署的首要考慮因素，LoRaWAN 規范定義了兩層加密：

• 終端設備和網絡服務器之間共享的唯一 128 位網絡會話密鑰。
• 在應用程序級別端到端共享的唯一 128 位應用程序會話密鑰 (AppSKey)。

AES 算法用于向網絡服務器提供數據包的身份驗證和完整性，并為應用程序服務器提供端到端加密。通過提供這兩個級別，可以實現“多租戶”共享網絡，而網絡運營商無需了解用戶的有效負載數據。

這是關于 LoRaWAN 的一些信息。在下一步中，我們將了解 LoRaWAN 網關是什么，還將了解服務器在 LoRaWAN 中的作用。

LoRaWAN 網關及其工作

在前面的步驟中，我們知道通過將基于 LoRa 的網絡連接到 Internet 來獲得 LoRaWAN。但是為了將 LoRa 網絡連接到 Internet，我們需要一個 LoRaWAN 網關。這里需要提到的一件事是，將 LoRa 網絡連接到 Internet 與將手機或任何其他設備連接到 Internet 完全不同。此處連接到 Internet 意味著將網絡連接到 TheThingsNetwork、ThingSpeak 等服務器。數據被發送到該服務器，然后我們可以在我們的非 LoRa 設備上獲取數據。因此，LoRaWAN 網關充當 LoRa 網絡和服務器之間的橋梁。通過上一行，您可能已經了解了網關內部的內容。

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它們之間發生的事情是網關內部的基于 LoRa 的芯片連接到 LoRa 網絡以連接到 Internet。這就是 LoRaWAN 網關的工作原理。

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LoRaWAN 網關主要根據以下兩個參數進行分類：

位置：基于位置，我們的意思是說我們可以放置網關以使其安全工作的地方。此類別中有兩種類型的網關：-

• 室內網關：這些是可以在室內安全使用的網關。它們不是防風雨的，并且可能由于外面的天氣條件而損壞。它們的身體也有通風孔，因此將它們留在外面并不是明智之舉，因為水會進入它們最終將它們炸掉。Dragino 的一些室內網關示例包括LG308、LG01-N、LPS8等。
• 室外網關：與室內網關不同，這些網關更堅固且防風雨。它們的結構使其防水并適合戶外使用。Dragino 的一些戶外網關的示例有DLOS8、OLG02等。

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通道：LoRaWAN 網關的通道數告訴我們一個網關可以同時處理多少個 LoRa 網絡。此類別中還有兩種類型的網關：

• 單通道：這些網關可以一次將單個 LoRa 網絡連接到互聯網。他們內部有一個 LoRa 芯片，這就是他們可以將單個 LoRa 網絡連接到 Internet 的原因。Dragino 的一些單通道網關的示例是LG01-N、OLG01-N等。
• 多通道：這些網關可以一次將多個 LoRa 網絡連接到互聯網。它們內部有不止一個 LoRa 芯片，這使得它們能夠將多個 LoRa 網絡連接到 Internet。Dragino 的一些多通道網關的示例是LPS8、DLOS8等。

LoRaWAN 網絡服務器

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在這一步中，我們將了解什么是 LoRaWAN 網絡服務器，它的作用，還會提到一些當今使用的著名服務器。

LoRaWAN 網絡服務器是每個 LoRaWAN 網絡的核心，它支持設備、網關和最終用戶應用程序的連接、管理和監控。其主要目標是確保整個網絡中數據路由的安全性、可擴展性和可靠性。LoRaWAN 網絡服務器的核心組件是：-

• 網關服務器管理安全網關連接和配置。它支持傳統的 UDP 轉發器和支持遠程更新和配置的新 LoRa Basics? Station 協議。
• Network Server 實現 LoRaWAN 協議，驗證設備的真實性和完整性，對上行鏈路進行去重，選擇用于下行鏈路的網關，并發送 ADR 命令以優化設備的數據速率。
• 應用服務器負責解密從傳感器接收到的數據，并對發送到終端設備的數據進行加密。數據可以集成到現有的數據管理系統或物聯網平臺，如 AWS、Azure 和谷歌云。
• 加入服務器存儲設備根密鑰并生成會話密鑰以實現 LoRaWAN 消息的安全傳輸。我們的可互操作全局加入服務器與我們的 LoRaWAN 網絡以及第三方網絡集成。
• Identity Server 注冊用戶、應用程序、設備和網關。這允許運行分布在全球多個地區的可擴展、多租戶網絡。

LoRaWAN 網絡服務器還連接到 Packet Broker，這是一個全球不可知的 LoRaWAN 流量交換平臺，以增加網絡容量。所有功能都由 API 公開，因此 LoRaWAN 堆?？梢约傻?a target='_blank' class='arckwlink_none'>公司的計費、網絡運營、設備管理和組織系統中。現在使用的一些著名的網絡服務器是：

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• TheThingsNetwork 平臺：TheThingsNetwork 服務器是一個開源平臺，可為您的寶貴物聯網數據提供安全、可擴展和可靠的 LoRa 路由。

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• Thingspeak 平臺：ThingSpeak 是一種物聯網分析平臺服務，可讓您聚合、可視化和分析云中的實時數據流。您可以從您的設備向 ThingSpeak 發送數據，創建實時數據的即時可視化，并發送警報。

除了上面提到的兩個之外，還有更多的服務器可以用作 LoRaWAN 網絡服務器。

影響 LoRa 性能的其他因素

到目前為止，我們對 LoRa、LoRaWAN、LoRaWAN 網關和 LoRaWAN 網絡服務器有了一些詳細的了解。現在我們將討論一些如果管理得當可以顯著提高 LoRa 網絡性能的因素。

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• 功率：是決定LoRa模塊范圍的一個非常重要的因素。LoRa 模塊具有不同的額定功率。從 25mW 到 100mW，并且也達到 1W 標記。顯然，功率越大，模塊的范圍就越大。

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• 天線：這些在使用 LoRa 的數據傳輸中也起著非常重要的作用。我們使用的天線功率越好，LoRa 模塊的范圍就越大，另一個有幫助的因素是天線調諧。調諧良好的天線有助于增加 LoRa 模塊的范圍。
• 高度：這也是我們談論 LoRa 模塊范圍時的一個重要因素。LoRa 模塊放置的高度越高，從模塊獲得的范圍就越好，因為可以清楚地看到，當我們越過地面時，視線中的障礙物不斷減少，最終導致衰減減少。

所以這都是關于 LoRa 和 LoRaWAN 的。希望你喜歡它。