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LoRaLAN = TDM over LoRa + 2.4G

Why LoRaLAN

在很多物联网应用中,尤其是对时延、带宽和可靠性都有较高要求的泛工业物联网领域,LoRaWAN面临无法克服的技术缺陷。

Zigbee解决方案又面临着组网成本高、抗干扰性差和网络容量受限的问题,目前在泛工业领域的应用并不理想。

用于过程自动化的无线网状网络通信协议WirelessHART, 能满足工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求,但是WirelessHART也面临网络容量受限、组网复杂的痛点。同时,很高的部署和维护成本限制了它的使用推广。

艾森智能的LoRaLAN网络通信协议融合802.15.4和WirelessHART 的MAC层协议特点,以及2.4G LoRa的物理层技术,采用星型组网,简化网络结构,形成独特的解决方案。它克服了网络容量限制,组网复杂等缺陷的同时,也满足了泛工业物联网低时延、高可靠性以及抗干扰的需求,成为泛工业物联网的理想选择。

What is LoRaLAN

LoRaLAN是一种经过实际验证的、适用于复杂工业环境的无线通信网络协议。它在时间上(时分多址TDMA)、频率上(TSCH)和空间上(星型组网)的综合优势,使这个简洁但又有效的协议具有嵌入式的自组织和自愈能力,大大降低了网络部署的复杂性,确保了无线网络具有长期可预期的稳定性能。

LoRaLAN网络架构如下:

如上图所示,LoRaLAN网络包括三类网元:终端、基站和网络服务器。网络服务器是基站和终端入网的统一LoRaLAN网络管理平台,可以独立本地部署,也可以基于云端部署。

LoRaLAN网络协议层次如下:

LoRaLAN的主要特点

  • 广覆盖抗干扰
  • 基于 2.4G LoRa 采用的Chirp调制技术,保证一定带宽的前提下,有效距离可达800米(SF7)。

  • 时分多址接入
  • LoRaLAN参考802.15.4 BE模式,采用TDMA接入方式,结合动态资源调度,极大提高实时响应性能,减少了包碰撞率,提升了系统容量。

  • 低功耗
  • 基于2.4G LoRa的物理层实现,RX和TX的功耗显著低于Zigbee、Wireless HART;休眠电流只有200nA级别。

  • 双工通信动态调度
  • 基站作为空口时间和频率资源的中心分配节点,通过动态资源调度,能实时地响应上行和下行数据传输需求,最大化空口资源利用率。

  • QoS保障机制
  • 支持消息“可靠/非可靠、优先/非优先”4个QoS标签。对于可靠消息,LoRaLAN设计了上下行双向ACK机制,确保上行和下行消息都能传递成功。优先/非优先标签允许将资源优先分配给更重要的消息,比如上行的告警消息,下行的控制消息等。

  • 分片与重组
  • LoRaLAN在链路层设计了消息分片和重组能力,不仅简化了应用层设计,而且处理大消息传输时的效率远远高于在应用层进行类似工作的效率。

  • 闭环功控
  • 基站根据上行数据携带的SNR和RSSI可以快速调整终端的发射功率,进一步降低终端功耗。

  • 时隙同步和信道跳频
  • 实现了TSCH协议,保证基站和终端时隙同步的同时,通过信道跳频提高抗干扰能力,适应工业场景复杂的电磁环境。

  • 支持A/C类设备
  • LoRaLAN在资源调度上继续保留LoRaWAN A/C类设备支持。

  • 安全保障
  • 升级了LoRaWAN的加密方案,采用基于AES128 CBC的加密技术,支持数据机密性和完整性保护,支持动态密钥协商。

How LoRaLAN

泛工业物联网将是LoRaLAN主要的应用场景。LoRaLAN在大多数场景可以取代Zigbee,甚至Wireless HART。后续将陆续介绍LoRaLAN的实际应用案例。

附录:LoRaLAN和其他无线通信技术参数比较