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LoRa Technology and Implementation
- Building a LoRa Nano Gateway
台灣樹莓派 <sosorry@raspberrypi.com.tw>
Mar 06, 2017/Raspberr...
姓名標示 — 非商業性 — 相同方式分享
CC (Creative Commons)
姓名標示 — 你必須給予 適當表彰、提供指向本授權
條款的連結,以及 指出(本作品的原始版本)是否已
被變更。你可以任何合理方式為前述表彰,但不得以
任何方式...
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● Raspberry Pi 官方經銷商
about 台灣樹莓派
http://farnell.com/raspberrypi-consumer/approved-retailers.php?region=apac&MER=MER-LM-O...
● 專注於 Raspberry Pi 應用與推廣
● 舉辦社群聚會 / 工作坊 / 讀書會 / 黑客松
● Website :
● https://www.raspberrypi.com.tw/
● Facebook :
● 搜尋 Raspbe...
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● COSCUP, MakerConf, PyCon 講者
●
投影片
● http://www.slideshare.net/raspberrypi-
tw/presentations
●
程式碼
● https://github.com...
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http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_Things
物聯網技術重點之一在”無線傳輸”
速度與距離的考量
https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan
數公里以上數百公尺到一公里數十公尺
>10Mbps
100Kbps ~
10Mbps
<10Kbps
不同無線傳輸技術的特點
https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan
● LPWAN(Low Power Wide Area Network)
最近很夯的低功耗廣域網路
http://www.techbang.com/posts/49656
從 OSI 模型看 LPWAN
https://www.slideshare.net/infiswift/lpwan-for-iot-62591541
● LoRa
● LoRaWAN
● LoRa Node
● Gateway
● Network Server
名詞解釋
● LoRa 是實體層 (PHY) 的調變技術
● 採用 CSS 調變技術
● 常用頻段 :433/470~510/868/915MHz
● 低功耗 , 長距離 , 高靈敏度 , 低資料率
● 低功耗 :RX<10mA, Sleep<200nA...
●
定義網路系統架構與通訊協定
● 終端點採 LoRa 做長距離通訊 ( 星狀拓樸 )
●
和終端點的是通訊雙向
● AES 加密
LoRaWAN
http://www.atim.com/en/technologies-2/lorawan/
● 定址 :DevEUI, AppEUI
● 使用 ALOHA, 沒有 CSMA 機制 , 三種 class
LoRa Node
https://www.thethingsnetwork.org/wiki/LoRaWAN/Home
● 傳輸協定轉換 (ex:LoRa + WiFi)
●
接收所有頻道的所有資訊
● 封包直接轉發到後端 (Network Server)
Gateway
https://en.wikipedia.org/wiki/Gateway_(teleco...
● 冗餘封包濾除 (CRC)
● 安全性查驗 (Authentication/Authorization)
● 最佳 ACK 路徑 (ACK Routing)
● 適應性資料率 (Adaptive Data Rate, ADR)
Network...
Link Budget 計算
https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan
如何估計 Link Budget ?
http://www.semtech.com/wireless-rf/rf-transceivers/sx1272/
用 Pi 做 LoRa Nano Gateway
●
使用硬體
● Pi 3 x2
– https://www.raspberrypi.com.tw/10684/55/
● Pi 3 x1
● Arduino x1
● Microchip RN2483 Module x4
– https://...
●
特色
● 支援 433/868 等頻段
● 支援 LoRaWAN class A 協定
● 整合 FSK, GFSK, LoRa 等調變技術
● UART 傳輸介面 + 類 AT 命令列控制
● 每次最大傳輸 255bytes
Microc...
● sys 設定系統與 GPIO
● radio 設定射頻
● mac 設定 LoRaWAN
三種指令
● radio set freq [868100000]
● radio set bw [250]
● radio set pwr [14]
● radio set sf [sf12]
● radio set wdt [0]
● mac pau...
LoRa 封包格式
https://www.semtech.com/images/datasheet/LoraDesignGuide_STD.pdf
非必要
傳送資料 1234
● 限制 :
● 只能傳送 0-F 資料 (Hex)
● 每個符號以 ASCII 方式傳送 (1bytes)
● Data 資料 :
● 包含 id 與 content, 以 JSON 格式封裝
Payload 設計
Data CRLFLeng...
● 接收端 ACK 機制與傳送時間
● 當接收端收到封包後 , 回傳 ACK(0x06) 與 id
●
回傳時間與封包長度有關
● 發送端重送機制類似 class A
● 傳送端發送完畢後 , 將等待一段時間等待 ACK
● 如果沒有收到 AC...
架構
Sensor Node Nano Gateway
Gateway-02
Gateway-01
Node-01
Node-02
Node-01 廣播
Sensor Node Nano Gateway
Gateway-02
Gateway-01
Node-01
Node-02
Gateway-01 最早收到後回 ACK
Sensor Node Nano Gateway
Gateway-02
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Node-01
Node-02
ACK
Node-02 廣播
Sensor Node Nano Gateway
Gateway-02
Gateway-01
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Node-02
Gateway-02 最早收到後回 ACK
Sensor Node Nano Gateway
Gateway-02
Gateway-01
Node-01
Node-02
ACK
LoRa Gateway 限制
https://github.com/maartenweyn/lpwansimulation/
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Building a Raspberry Pi LoRa Nano Gateway

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[活動] Raspberry Pi社群聚會 #18 會後資料
https://www.raspberrypi.com.tw/15302/meetup-18/

這次分享包含:
1. LoRaWAN 與 LoRa 介紹。
2. 如何設計 LoRa 通訊協定。
3. 實做與展示。

購買 LoRa 模組(Microchip RN2483):
https://www.raspberrypi.com.tw/14724/1420/

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Building a Raspberry Pi LoRa Nano Gateway

  1. 1. LoRa Technology and Implementation - Building a LoRa Nano Gateway 台灣樹莓派 <sosorry@raspberrypi.com.tw> Mar 06, 2017/Raspberry Pi #18
  2. 2. 姓名標示 — 非商業性 — 相同方式分享 CC (Creative Commons) 姓名標示 — 你必須給予 適當表彰、提供指向本授權 條款的連結,以及 指出(本作品的原始版本)是否已 被變更。你可以任何合理方式為前述表彰,但不得以 任何方式暗示授權人為你或你的使用方式背書。 非商業性 — 你不得將本素材進行商業目的之使 用。 相同方式分享 — 若你重混、轉換本素材,或依本 素材建立新素材,你必須依本素材的授權條款來 散布你的貢獻物。
  3. 3. 3 ● Raspberry Pi 官方經銷商 about 台灣樹莓派 http://farnell.com/raspberrypi-consumer/approved-retailers.php?region=apac&MER=MER-LM-OB-RPICC-76315
  4. 4. ● 專注於 Raspberry Pi 應用與推廣 ● 舉辦社群聚會 / 工作坊 / 讀書會 / 黑客松 ● Website : ● https://www.raspberrypi.com.tw/ ● Facebook : ● 搜尋 RaspberryPi.Taiwan ● https://www.facebook.com/RaspberryPi.Taiwan about 台灣樹莓派
  5. 5. 5 ● COSCUP, MakerConf, PyCon 講者 ● 投影片 ● http://www.slideshare.net/raspberrypi- tw/presentations ● 程式碼 ● https://github.com/raspberrypi-tw 分享 x 社群
  6. 6. 6 http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_Things
  7. 7. 物聯網技術重點之一在”無線傳輸”
  8. 8. 速度與距離的考量 https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan 數公里以上數百公尺到一公里數十公尺 >10Mbps 100Kbps ~ 10Mbps <10Kbps
  9. 9. 不同無線傳輸技術的特點 https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan
  10. 10. ● LPWAN(Low Power Wide Area Network) 最近很夯的低功耗廣域網路 http://www.techbang.com/posts/49656
  11. 11. 從 OSI 模型看 LPWAN https://www.slideshare.net/infiswift/lpwan-for-iot-62591541
  12. 12. ● LoRa ● LoRaWAN ● LoRa Node ● Gateway ● Network Server 名詞解釋
  13. 13. ● LoRa 是實體層 (PHY) 的調變技術 ● 採用 CSS 調變技術 ● 常用頻段 :433/470~510/868/915MHz ● 低功耗 , 長距離 , 高靈敏度 , 低資料率 ● 低功耗 :RX<10mA, Sleep<200nA ● 長距離 :500m 到 50Km ● 靈敏度 : 低於 -137 dBm ● 資料率 :0.3kbps 到 50kbps LoRa(Long Range)
  14. 14. ● 定義網路系統架構與通訊協定 ● 終端點採 LoRa 做長距離通訊 ( 星狀拓樸 ) ● 和終端點的是通訊雙向 ● AES 加密 LoRaWAN http://www.atim.com/en/technologies-2/lorawan/
  15. 15. ● 定址 :DevEUI, AppEUI ● 使用 ALOHA, 沒有 CSMA 機制 , 三種 class LoRa Node https://www.thethingsnetwork.org/wiki/LoRaWAN/Home
  16. 16. ● 傳輸協定轉換 (ex:LoRa + WiFi) ● 接收所有頻道的所有資訊 ● 封包直接轉發到後端 (Network Server) Gateway https://en.wikipedia.org/wiki/Gateway_(telecommunications)
  17. 17. ● 冗餘封包濾除 (CRC) ● 安全性查驗 (Authentication/Authorization) ● 最佳 ACK 路徑 (ACK Routing) ● 適應性資料率 (Adaptive Data Rate, ADR) Network Server http://jensd.be/755/network/lorawan-simply-explained
  18. 18. Link Budget 計算 https://www.slideshare.net/PeterREgli/lpwan
  19. 19. 如何估計 Link Budget ? http://www.semtech.com/wireless-rf/rf-transceivers/sx1272/
  20. 20. 用 Pi 做 LoRa Nano Gateway
  21. 21. ● 使用硬體 ● Pi 3 x2 – https://www.raspberrypi.com.tw/10684/55/ ● Pi 3 x1 ● Arduino x1 ● Microchip RN2483 Module x4 – https://www.raspberrypi.com.tw/14724/1420/ Pi 3 Arduino RN2483
  22. 22. ● 特色 ● 支援 433/868 等頻段 ● 支援 LoRaWAN class A 協定 ● 整合 FSK, GFSK, LoRa 等調變技術 ● UART 傳輸介面 + 類 AT 命令列控制 ● 每次最大傳輸 255bytes Microchip RN2483
  23. 23. ● sys 設定系統與 GPIO ● radio 設定射頻 ● mac 設定 LoRaWAN 三種指令
  24. 24. ● radio set freq [868100000] ● radio set bw [250] ● radio set pwr [14] ● radio set sf [sf12] ● radio set wdt [0] ● mac pause ● radio rx 0 ● radio tx [1234] 相關參數 頻率 頻寬 發射功率 WatchdogTimer 設定 Spreading Factor 停用 LoRaWAN 功能 傳送 1234 啟用連續接收模式 http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/40001784B.pdf
  25. 25. LoRa 封包格式 https://www.semtech.com/images/datasheet/LoraDesignGuide_STD.pdf 非必要 傳送資料 1234
  26. 26. ● 限制 : ● 只能傳送 0-F 資料 (Hex) ● 每個符號以 ASCII 方式傳送 (1bytes) ● Data 資料 : ● 包含 id 與 content, 以 JSON 格式封裝 Payload 設計 Data CRLFLengthSOH 1bytes 3bytes 2byteschar*bytes 0x01 0x0D 0x0A
  27. 27. ● 接收端 ACK 機制與傳送時間 ● 當接收端收到封包後 , 回傳 ACK(0x06) 與 id ● 回傳時間與封包長度有關 ● 發送端重送機制類似 class A ● 傳送端發送完畢後 , 將等待一段時間等待 ACK ● 如果沒有收到 ACK, 將用 ALOHA 方式重送 ● 最大重送次數 <3 ACK 與重送機制設計
  28. 28. 架構 Sensor Node Nano Gateway Gateway-02 Gateway-01 Node-01 Node-02
  29. 29. Node-01 廣播 Sensor Node Nano Gateway Gateway-02 Gateway-01 Node-01 Node-02
  30. 30. Gateway-01 最早收到後回 ACK Sensor Node Nano Gateway Gateway-02 Gateway-01 Node-01 Node-02 ACK
  31. 31. Node-02 廣播 Sensor Node Nano Gateway Gateway-02 Gateway-01 Node-01 Node-02
  32. 32. Gateway-02 最早收到後回 ACK Sensor Node Nano Gateway Gateway-02 Gateway-01 Node-01 Node-02 ACK
  33. 33. LoRa Gateway 限制 https://github.com/maartenweyn/lpwansimulation/
  34. 34. DEMO
  35. 35. 35 Raspberry Pi Rocks the World Thanks
  • TonyHsu22

    Mar. 19, 2018
  • josephchen0102

    Oct. 8, 2017
  • ss163500

    Jun. 11, 2017
  • CarlosChang2

    Jun. 11, 2017
  • sean0720chen

    Jun. 10, 2017
  • Kandric

    Apr. 27, 2017

[活動] Raspberry Pi社群聚會 #18 會後資料 https://www.raspberrypi.com.tw/15302/meetup-18/ 這次分享包含: 1. LoRaWAN 與 LoRa 介紹。 2. 如何設計 LoRa 通訊協定。 3. 實做與展示。 購買 LoRa 模組(Microchip RN2483): https://www.raspberrypi.com.tw/14724/1420/

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