M2351 參考設(shè)計方案｜LoRaWAN長距離無線通信模塊實例
長距離無線通信模塊實例｜LoRaWAN Module
首先，說明物聯(lián)網(wǎng)針對大面積應(yīng)用場景面臨了實現(xiàn)范圍覆蓋與降低裝置功耗的兩難問題，主要的因素有以下三項：
信號弱，功耗大 👉 難以深覆蓋到地下, 經(jīng)常維護更換電池
覆蓋差，功耗大 👉 大面積范圍的部署成本非常昂貴，且需要移動定位
電池供電特性 👉 針對長距離且不易布線需要電池供電的裝置
我們可以看到了大范圍部件物聯(lián)網(wǎng)裝置的通訊問題，而 LoRa 的運行方式正是提供了這些問題的良好解決答案，請看我們以下的整理。
1 | 傳輸距離遠：比蜂窩距離遠/ 覆蓋范圍廣/ 星型拓撲結(jié)構(gòu) |
2 | 使用壽命長：低功耗/ 10~20年壽命/ >10x vs 蜂窩M2M模塊 |
3 | 用途廣泛：高容量/ 多應(yīng)用/ 公共網(wǎng)絡(luò) |
3 | 低成本：低成本的基礎(chǔ)設(shè)施/ 低成本的終端節(jié)點/ 公開協(xié)定 |
由上可以清楚的了解到 LoRa 這個標準的好處，接著我們說明 LoRa Wide Area Network 的架構(gòu)。LoRaWAN 基本上的聯(lián)機結(jié)構(gòu)跟主流的物聯(lián)網(wǎng)通訊架構(gòu)類似，只不過 LoRa 采用的是 AES-128 加密、多信道上傳、網(wǎng)絡(luò)速率與數(shù)據(jù)路徑自動調(diào)整 (Adaption) 的協(xié)議，而這樣的網(wǎng)絡(luò)部署需要慮到許多的因素諸如：頻譜規(guī)畫、資料量規(guī)畫、覆蓋目標 (室內(nèi)或室外) 、功率規(guī)劃與所要支持的業(yè)務(wù)服務(wù)。以下是 LoRaWAN 簡易架構(gòu)圖：
NuMicro M2351 的 LoRaWAN 節(jié)點參考設(shè)計方案
新唐跟位于杭州的利爾達公司合作準備推出基于 M2351 微控制器加上 LoRa 無線通信集成功能的模塊方案，為了能夠支持國際與中國大陸的標準，預(yù)計推出兩種模塊，分別以國際 LoRaWAN Specification 1.0.2 與 LoRaWAN CLAA 1.3.9 (China LoRa Application Alliance) 的兩種協(xié)議版本為依據(jù)。而 M2351 的 Armv8-M TrustZone 架構(gòu)正是支持這樣的雙元標準最好的微控制器選擇。由于 M2351 可以提供 TrustZone 加上 XOM 功能，所以不同版本通訊協(xié)議層可以依據(jù)所要符合的地區(qū)標準的規(guī)劃放在 TrustZone 安全區(qū)或 XOM (eXecute-Only Memory) 內(nèi)部，其做法有以下好處：
通訊協(xié)議的 API 受 Timing 的影響較小，反應(yīng)時間快，比較符合標準
對于特定微控制器與 OS 的依存度較小
LoRa 協(xié)定不容易遭竄改，比較安全
而 LoRa 無線通信集成功能模塊則整合了射頻組件與天線匹配組件，大幅降低無線通信硬件部分的設(shè)計麻煩，標準的 AT Command 控制方式也提供產(chǎn)品開發(fā)人員便利的無線通信控制方法，讓開發(fā)人員能有更多時間專注于應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。
新唐 M2351 搭配 LoRa 無線通信模塊架構(gòu)
由結(jié)構(gòu)圖可以看出利爾達基于 M2351 的 LoRaWAN 在節(jié)點裝置上的參考設(shè)計方案，比其一般的解決方案可以不需要加另一顆專注處理無線通信協(xié)議的微控制器，搭配 M2351 的豐富外圍功能，整個參考設(shè)計模塊內(nèi)含的兩顆主要芯片就可以完全應(yīng)付通訊與終端產(chǎn)品的設(shè)計需求，例如無線抄表、遠距監(jiān)控、智慧家庭、智能工廠與智能大樓等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；換言之，可當(dāng)通訊模塊用途也可以直接針對目標終端產(chǎn)品進行設(shè)計。
新唐微控制器家族與利爾達的 LoRa 解決方案說明與帶來的市場機會
如前述，LoRaWAN 的運作還必須配合網(wǎng)關(guān) (Gateway) 與基地臺 (Base station)，這兩者扮演了非常重要的連上物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺的角色，而新唐微處理器也在網(wǎng)關(guān)的設(shè)計上發(fā)揮了作用，例如 NUC980 就適合于開發(fā) LoRaWAN 的網(wǎng)關(guān)，其所能提供的設(shè)計包含了家居室內(nèi)網(wǎng)關(guān)與工業(yè)網(wǎng)關(guān)。經(jīng)由 LoRaWAN 的節(jié)點與網(wǎng)關(guān)及基地臺的合作，可以實現(xiàn)諸多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用如下表的整理。
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編輯：zzy 最后修改時間：2022-01-10
