lora学习笔记
LoRaWAN开发专题讲解
张志刚251022
一、LoRa与LoRaWAN的区别及优缺点LoRa技术
定义：LoRa是Semtech公司开发【专有】的物理层调制技术，采用扩频调制技术，实现远距离、低功耗的无线通信。
优点：
- 超长距离：城市环境2-5公里，郊区可达15公里
- 低功耗：电池寿命可达数年
- 低成本：模块价格相对较低，无直接流量费用
- 抗干扰强：扩频技术提供良好的抗干扰能力
缺点：
- 低速率：数据传输速率有限（0.3-50kbps）
- 单向通信：仅支持物理层通信
LoRaWAN技术
定义：LoRaWAN是基于LoRa技术的MAC层协议，定义了网络架构和通信协议。6
优点：
- 网络架构：支持星型拓扑结构
- 双向通信：支持上行和下行数据传输
- 安全性：提供端到端加密
- 标准化：LoRa联盟维护的开放标准
缺点：
- 复杂度高：需要网络服务器和网关支持
- 成本较高：相比纯LoRa模块价格更高
各国频段范围（部署许可）
- 中国：470-510MHz、779-787MHz
- 欧洲：863-870MHz
- 北美：902-928MHz
- 澳大利亚：915-928MHz
二、LoRaWAN Class A/B/C的特点及应用注意事项
Class A（全双工）
特点：
- 最低功耗等级
- 终端设备在发送数据后开启两个短暂接收窗口
- 适用于电池供电的传感器定时上报应用
应用注意事项：
- 下行通信延迟不可控
- 适合数据采集类应用
Class B（准全双工）
特点：
- 在Class A基础上增加定期接收窗口（远端不能随时与节点通信）
- 通过网关的同步信标实现时间同步
应用注意事项：
- 功耗高于Class A
- 需要网关支持时间同步功能
Class C（接收常开）
特点：
- 最高功耗等级
- 接收窗口持续开启（除发送时）
- 适用于需要实时响应的应用
应用注意事项：
- 不适合电池供电场景
- 适用于市电供电的智能设备
三、LoRaWAN解决方案
模组方案
- 独立LoRa模组
- Semtech SX1276/SX12784
- 通过SPI接口与主控MCU通信
- 适合已有MCU系统的扩展
- 2. 带LoRa功能的单片机
STM32系列：STM32WL世界上首款LoRa Soc单片机嵌入了基于Semtech SX126x.
ASR系列: ASR6501（Cypress 32-bit Cortex-M0+SX1262）
四、RT-Thread软件包移植过程
Lorawan_ed_statck软件包移植
步骤1：OTTA鉴权信息
- DevEUI
- JoinEUI
- Appkey
步骤2：Mac层信息：classC/OTTA/appFport
步骤3：Phy 参数信息
- 频段
- 通道信息
- 速率
其它：调试和demo
Lora_rddio_Drive软件包移植
步骤1：lora模组信息
- SPI
- Lora芯片类型sx126x
步骤2：频段信息
五、物联网项目入网过程及状态管理
入网过程
- OTAA（Over-The-Air Activation）
- 设备发送入网请求
- 网络服务器分配设备地址和安全密钥
- 适用于大规模部署
- 预配置设备地址和密钥
- 简化入网流程
- 适合小规模测试
- ABP（Activation By Personalization）
心跳机制
- 定期上报(5分钟)：设备定时发送心跳包
- 网络检测：网关监测设备在线状态
- 自动重连：连接断开时自动重新入网
在线离线判断机制
- 状态监测：网络服务器维护设备状态
- 超时判断：无心跳和业务包发送超时（20分钟））
- 重连策略：实现指数退避重连算法
物联网链路：设备<>网关<>云平台
MQTT状态上报：
- 设备数据通过发MQTT队列经lora发送到网关，转发到阿里云IoT平台
- 网关侧数据分析
- 阿里云端数据分析
参数下发（需要确认）：
- 云端配置参数下发到设备
- 支持远程设备配置更新
- 双向数据同步
远程差分升级（为何要差分，如何差分，差分还原，差分固件和还原固件可靠性校验）
- 固件分片：大固件分片传输
- 校验机制：确保数据传输完整性
- 安全升级：支持签名验证和回滚机制
六、LoRaWAN业务应用
数据传输可靠性
- 重传机制
- 实现ACK确认机制
- 配置合理的重传次数和间隔
- 避免网络拥塞
- 大文件分片传输
- 每片独立确认
- 支持断点续传/备份传输
- 数据分片
- 数据冲突与解决：统一数据队列，优先级排序，避让。
基于事件驱动的状态机框架
网络连接可靠性
- 设备对外部网络的感知
- 网关的在线离线判断
- 日志与全链路数据分析
信道干扰与解决：
- 信道干扰的识别：RSSI/SNR,信道扫描
- 信道重新选择与配置