LoRa技术的无线传感网络

Lora技术中的数据传输可靠性保障方法

随着物联网技术的不断发展，无线传感网络（WSN）在各个领域中得到广泛应用。作为一种低功耗、远距传输的无线通信技术，Lora（Long Range）在WSN中扮演着重要的角色。然而，由于其长距离传输的特性，数据传输的可靠性一直是Lora技术发展的难点之一。本文将就Lora技术中的数据传输可靠性保障方法展开探讨，从物理层到应用层，分析了各个层面上可靠性保障的策略和措施。

一、物理层可靠性保障方法

在物理层，Lora技术主要通过信道编码和前向纠错（FEC）来提升数据传输的可靠性。其中，信道编码一般采用LDPC（Low-Density Parity Check）码或者Turbo码等。LDPC码具有较低的译码复杂度和较高的译码性能，广泛应用于Lora技术中。Turbo码则通过迭代译码算法来提高译码效果。这些编码算法能够在一定程度上降低信道误码率，从而提高数据传输的可靠性。

此外，FEC技术也被广泛应用于Lora技术中。FEC通过在发送端添加冗余码字来使接收端能够纠正一定数量的错误，并实现数据的可靠传输。在Lora技术中，一般采用Hamming码、BCH码等FEC算法。这些算法能够有效地检测和纠正数据传输中的错误，增强了数据传输的可靠性。

二、链路层可靠性保障方法

在链路层，Lora技术采用了自适应扩频技术（Adaptive Spread Spectrum）和自动重传请求协议（Automatic Retransmission Request，ARQ）等方法来保障数据传输的可靠性。自适应扩频技术能够在不同信道条件下调整扩频因子，以适应不同距离的数据传输。通过选择合适的扩频因子，Lora技术能够提高在不同环境中的信号传输质量，从而提升数据传输的可靠性。

ARQ协议是一种重要的链路层可靠性保障方法。它通过在数据包中添加序列号和校验和等信息，使发送端和接收端能够进行数据的确认和重传。在Lora技术中，一般采用基于停等的ARQ协议。该协议通过发送方等待接收方的确认信息来实现数据的可靠传输。当接收方未正确接收到数据包时，会发送一个请求重传的信号给发送方，从而保证数据的可靠性。

无线传感网有TDMA 和CSMA 两种基本的MAC 协议方案。欣仰邦LoRa技术实现TDMA

算法组网系统，LoRa-TDMA的优点是：低成本实现小规模组网。

基于TDMA的MAC协议实现信道分配的机制简单成熟，它没有CSMA竞争机制的碰撞和重

传问题，而是为无线传感器网络中每个节点分配独立的时隙用于数据发送或接收

TDMA信号的前导字和CZT(chirp z-transform)算法的高频率分辨率特性,设计了适于低

信噪比信号的宽范围载波同步改进算法。

数据传输时不需要过多的控制信息，且节点在空闲时能够及时进入睡眠状态.因而

在节点无移动且网络部署情况已知的场景，采用TDMA 方式进行通信，可避免信道冲突

以及冲突引起的丢包和能量损耗；

TDMA信号的前导字进行数据辅助(DA)型载波同步,有效地缩小了低信噪比信号的频偏范

围;再利用CZT算法进一步缩小频偏范围,最后利用非数据辅助型(NDA)自相关函数法得

到精确的载波频偏。改进算法的计算复杂度略高于宽范围自相关函数法,而远低于宽范

围LR算法。通过仿真比较,改进算法对低信噪比(SNR)环境(3-6dB)中的信号具有良好且

稳定的估计性能。保证数据传输的实时性和可靠性；令节点在不工作期间进入睡眠状态，

以保存能量.这些特点很适合无线传感网中的节能要求.

根据时分多址(TDMA)系统的同步特征,利用TDMA运动目标准周期性信号的到达时

间,提出了3种在三站时差定位系统中实现目标定位的算法。固定TDMA分配算法能够保

证节点数据发送的公平性,但不可能针对当前业务和网络状态进行时隙预留分配,很难

实现差别服务和提供支持QoS(服务质量)的机制采用目标运动分析的方法,对TDMA目标

位置的可观测性进行分析,提出了目标运动分析时差定位算法,利用目标航迹上多个位

置的时差实现目标的定位。适用于TTNT(战术瞄准网络技术)数据链通信系统的动态TDMA

时隙分配算法,在高负载的网络环境下,这种算法加入了优先级机制并根据业务量轻重

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LoRa 和 LoRaWAN 技术概览

1 简介

本文的目的是针对 LoRa® 和 LoRaWAN™做一个介绍性的技术概览。低功耗广域网

（LPWAN）预计将会支持物联网预测的数十亿设备的一个主要部分。LoRaWAN™自下而上设 计，为电池寿命、容量、距离和成本而优化了 LPWAN。对于不同地区给出了一个 LoRaWAN

™规范概要，以及在 LPWAN 空间竞争的不同技术的高级比较。

2 LoRa®是什么？

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。

长距离 (LoRa®)

LoRa®的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平

方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但 LoRa®和

LoRaWAN™有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。链路预算，通常用分贝（dB 为 单位）表示，是在给定的环境中决定距离的主要因素。下面是部署在比利时是 Proximus 网

络覆盖图。随着小量的基础设施建设实施，可以容易地覆盖到整个国家。

3 LPWAN 适合在那里？

一种技术不能满足物联网所有项目应用和量。WiFi 和 BTLE 是被广泛采用的标准，非常

好地满足了与个人设备通讯相关的应用。蜂窝技术非常适合那些需要较高数据吞吐量并配有 电源的应用。LPWAN 提供多年的电池寿命，是专为那些需要发送少量数据的传感器和应用

而设计，从不同环境中通过长距离每小时发送几次。 2 / 10

LPWAN 中的重要因素

Lora无线技术原理及优缺点

一、LoRa无线技术简介

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。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。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915MHz等。

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。

LoRa®的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里

范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但LoRa®和LoRaWAN?

有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。链路预算，通常用分贝（dB为单位）表示，

是在给定的环境中决定距离的主要因素。二、LoRa无线技术网络构成

LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应

用数据可双向传输。

LoRa联盟LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织，发起成

员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间，联盟已经发

展成员公司150余家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。产业链（终端硬件

产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商）中的每一环均有大量的企业，这种技术的开放性，竞争与合作的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。三、Lora网络架构及原理

在网状网络中，个别终端节点转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。