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ZigBee技術注意：LoRa遠距離、低功耗無線傳輸悄然起誓
物聯網所需的無線網絡通信各類技術似乎處于互補狀態，各不同場景下，距離、功耗、容量、成本等指標各有千秋。不過，在遠距離、低功耗場景下似乎還沒有主流的無線網絡技*。今天，物聯網智庫帶您認識這一領域中一項突出的成果——LoRa（Long Range，遠程）。
上海市政府消防安監總局提出要運用“互聯網+”的科技手段，將城市安全實事項目進行增加內涵，建立應急預警物聯網安全服務云平臺，并將其推廣應用，為城市人民生命財產安全保障多一份服務。
鑒于目前龐大是市場需求。2015年初上海銘控與上海市消防安監總局及*微系統研究所三家單位一同為智能上海打造了一款專屬消防系統的無線傳輸低功耗壓力傳感器。通過大數據進行動態智能閾值設置，隨環境變化而自動調整，實現了誤報率減少和敏感度增強。同時提供用戶歷史數據的查詢和分析，數據對比等，為用戶數據模型的建立提供更為有力的依據。這也是全國*的物聯網消防安防產品，從技術和機制上彌補現有技防、消防、人防的不足。通過近一年的試點，現已在上海黃浦區1933大樓，688廣場，上海國金中心等單位全面配套使用。
MD-S800D無線傳輸消防壓力傳感器可選用GPRS 藍牙 WIFI Zigbee LoRa等多種傳輸方式。
該無線壓力傳感器)是我公司開發的一款無線傳輸類型的傳感器，可用于壓力，液位的測量及監控系統。產品采用高精度高穩定性壓力芯片，先進的數字式高精度線路板，支持點到點、點到多點、串口到串口的應用,通過GPRS 藍牙 WIFI Zigbee 傳輸數據,只要有手機/wifi信號的地方就可以實現無線監控。
該產品主要針對現場不方便布線環境而開發的一款無線產品,(例如自來水管網控制、油管壓力監控等等),此產品還可以同時輸出MODBUS通訊協議的RS485信號,0~5VDC模擬量信號,真正做到三合一體產品,方便現場客戶使用不同領域的數據采集系統。
LoRa
LoRa是由升特公司（Semech）發布的一種于無線電調制解調的技術，它與其他如FSK（頻移鍵控）、GMSK（高斯zui小頻移鍵控）、BPSK（二進制相移鍵控）及其派生的調制方案形成競爭關系。
LoRa融合了數字擴頻、數字信號處理和前向糾錯編碼技術，擁有的性能。此前，只有那些高等級的工業無線電通信會融合這些技術，而隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領域的局面發生了*的改變。
前向糾錯編碼技術是給待傳輸數據序列中增加了一些冗余信息，這樣，數據傳輸進程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。這一技術減少了以往創建“自修復”數據包來重發的需求，且在解決由多徑衰落引發的突發性誤碼中表現良好。
一旦數據包分組建立起來且注入前向糾錯編碼以保障可靠性，這些數據包將被送到數字擴頻調制器中。這一調制器將分組數據包中每一比特饋入一個“展擴器”中，將每一比特時間劃分為眾多碼片。LoRa調制解調器經配置后，可劃分的范圍為64-4096碼片/比特。AngelBlocks配置調制解調器可使用4096碼片/比特中的zui高擴頻因子（12）。相對而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。
通過使用高擴頻因子，LoRa技術可將小容量數據通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。實際上，當你通過頻譜分析儀測量時，這些數據看上去像噪音，但區別在于噪音是不相關的，而數據具有相關性，基于此，數據實際上可以從噪音中被提取出來。其實，擴頻因子越高，越多數據可從噪音中提取出來。
在一個運轉良好的GFSK接收端，8dB的zui小信噪比（SNR）需要可靠地解調信號，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解調一個信號，其信噪比為-20dB，GFSK方式與這一結果差距為28dB，這相當于范圍和距離擴大了很多。在戶外環境下，6dB的差距就可以實現2倍于原來的傳輸距離。
為了有效地對比不同技術之間傳輸范圍的表現，我們使用一個叫做“鏈路預算”的定量指標。鏈路預算包括影響接收端信號強度的每一變量，在其簡化體系中包括發射功率加上接收端靈敏度。
AngelBlocks的發射功率為100mW（20dBm），接收端靈敏度為-129dBm，總的鏈路預算為149dB。比較而言，擁有靈敏度-110dBm（這已是其*的數據）的GFSK無線技術，需要5W的功率（37dBm）才能達到相同的鏈路預算值。在實踐中，大多GFSK無線技術接收端靈敏度可達到-103dBm，在此狀況下，發射端發射頻率必須為46dBm或者大約36W，才能達到與LoRa類似的鏈路預算值。
因此，使用LoRa技術我們能夠以低發射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，這種低功耗廣域技術正是我們所需的。
OpenRF協議
目前已有很多“標準化”協議應用于家庭自動化領域，ZigBee和ZWave是兩種主流的選擇，另外還有6LowPan以及其他協議。
大多數協議或多或少依賴無線網格（mesh）組網，有些依賴整體系統來達到合理地傳輸距離，不過這無法使用電池供電。
LoRa采用點對點通信方式，實現遠距離傳輸的目的，我們無需網格化網絡。實際上，我們需要一個“輕量級”協議，適用于長期以電池供電的方式。
OpenRF是為電池供電的應用而開發的，例如水表和燃氣表數據讀取。OpenRF為媒介接入層（MAC Layer）定義了一個標準化的界面，允許其余各種各樣射頻集成電路裝置（RFICs）協同工作。OpenRF還提供了一個支持32位設備地址的統一網絡層來保證消息傳遞，還有多重的網絡拓撲結構。理論上來說，OpenRF也可支持無線網格組網，雖然我們目前沒有那種功能性要求。
OpenRF提供兩個接口，其中API接口允許在一個微控制器的嵌入式應用中集成OpenRF，我們用這一界面構建了AngelBlocks的應用。另一接口為指令接口，它允許外部主控制器在串行鏈路上使用AT指令集來發送和接收數據包。我們的應用開發適配器在一個主機上使用指令接口控制AngelBlocks，其中Arduino和Pi適配器使用一個TTL級別的串行端口，PC/MAC適配器使用一個USB/COM端口，同一指令接口均可使用。