2024-03-22码农

物联网协议深度解析：深入理解LoRaWAN和Sigfox

物联网（IoT）正在改变我们的工作和生活方式，成为支撑智能城市、智能工业和智能家居等现实场景的基石。在这个数据和设备极速增长的时代，数据传输协议以其独特的方式保障了设备间的通信效率和安全。在众多协议中，LoRaWAN和Sigfox因为它们低功耗、长距离通信的特性而广受关注。今天，我将深入探讨这两个协议的技术细节和应用场景，帮助你更好地理解这两种物联网协议的深层次特性。

LoRaWAN 协议

概述

LoRaWAN是一种低功耗广域网（LPWAN）技术，基于LoRa（Long Range）调制技术。它提供的主要优点是长距离通信（可达数公里）和低电量消耗，这使得它在无需高频数据传输的应用（例如传感器网络）中异常适用。

技术架构

LoRaWAN遵守ISO/OSI模型，定义了物理层、MAC（媒体访问控制）子层等。在它的三层架构中，分别有终端节点、网关和网络服务器。终端节点是负责收集数据的设备，如传感器；网关负责将节点数据转发到网络服务器；网络服务器则处理后续的数据管理及与应用服务器的通信。

在这里，一个关键点是LoRaWAN的星状拓扑设计，即使得一个网关可以处理数以万计的终端节点。

关键特性

• 频率选择 ：根据不同地区的规定，LoRaWAN在不同的频率下工作；例如在欧洲是868MHz，美国则是915MHz。

• 信号强度与传输速率 ：LoRaWAN的信号强度可以优化传输距离和速率，但通常是一个速率越高，传输距离越短的关系。

数据传输

LoRaWAN支持三种通信类型：单播、组播和广播。这三种通信方式通过不同的数据传输策略（确认/非确认数据消息）来处理不同程度的可靠性需求。

以下是一个LoRaWAN数据传输的代码示例：

// 伪代码表示LoRaWAN数据传输过程 voidsend_data() { lorawan_packet_t packet; // 配置数据包内容 packet.port = 1; packet.payload = "Hello, LoRaWAN!"; // 发送数据包（非确认消息，简单起见） if (lorawan_send(&packet) != LORAWAN_SUCCESS) { // 发送失败的处理 handle_send_error(); }}

安全性

安全机制是LoRaWAN的一个强有力的特点，每个节点都通过密钥来保障信息的机密性与完整性，通常有两种密钥：网络密钥（NwkSKey）和应用密钥（AppSKey）。

Sigfox 协议

概述

Sigfox是另一种LPWAN技术，专注于提供小数据量的最基础通信。与LoRaWAN相比，Sigfox提供了一种更为简化的方式来进行设备间的通信，降低了设备的成本和复杂性。

技术架构

Sigfox的网络结构与LoRaWAN类似，包括终端设备、基站和核心网络。但与LoRaWAN网络服务器需要处理大量数据不同，Sigfox将数据直接发送到云端，简化了数据处理流程。

关键特性

• 双向通信 ：不过是数量有限，为了保持低功耗设计；

• 极简主义设计 ：Sigfox协议的设计十分精简，目的是为了最小化设备的功耗；

• 统一频段 ：Sigfox在全球范围内使用同样的无线电频段（868MHz或者902MHz）。

数据传输

Sigfox协议限定单个消息的最大大小为12字节，这意味着只适合于非常小的数据负载，比如传感器状态。

下面是一个Sigfox数据传输的代码示例：

// 伪代码表示Sigfox数据传输过程 voidsigfox_send(uint8_t* data, uint8_t size) { if (size > 12) { // 数据过大错误处理 handle_too_large_data(); return; } // 传输数据 if (!sigfox_module_send(data, size)) { // 传输错误处理 handle_transfer_error(); } }