LoRa 筆記

記錄一下玩 LoRa 的東西。技術規範、法規、廠商、軟體、韌體、硬體等等。依據玩耍過程不定時更新。

技術規範

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簡介

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如果只講 LoRa，指的是 OSI model 中的 physical layer/PHY (layer 1) 採用的標準，而 LoRaWAN 則是 data link layer (layer 2) 的 medium access control (MAC) sublayer 採用的標準。

LoRaWAN MAC 的部分要有個 MCU 或是 CPU 來負責處理，要看廠商出的模組有沒有內建 MCU 跟相搭配的韌體，如果沒有就得跑在模組外的平台上。

把 Sensor/Node、Gateway、Network Server 分開來看的話，各角色的 network stack 會長這樣子：

雖然有個 LoRa Alliance，但核心技術跟專利差不多都掌握在 Semtech 手裡。

Regional Parameters

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根據 LoRaWAN™ Regional Parameters v1.1rA，台灣地區用的是 AS923 (923 MHz ISM Band)，相對 EU868 跟 US915 算新。EU868 是 EU863-870，而 US915 是 US902-928，至於 AS923 底下就亂了，照這個文件來看台灣是 922-928 MHz，似乎超出了 NCC 法規給的頻率範圍。（見下一章節）

如果照 The Things Network 的標準，台灣用的是 AS923-925，這就符合法規了。

個人傾向採用較為嚴格的 The Things Network 標準。無論如何，支援 US915 的硬體，通常轉來台灣使用，不管用哪個標準都是可以勝任的。（US915 的 SAW filter、RF front end 零件選擇及硬體設計相容 AS923 頻段。）

法規

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根據無線電頻率分配表

• 920-925 MHz 供低功率物聯網設備（低功率射頻電機）在次要條件下使用
• 920-928 MHz 供無線射頻辨識系統（RFID）使用
• 922-926 MHz 供國道高速公路收費系統使用
• 926-928 MHz 供 0.5W 以下低功率海上活動示標器在海上以次要條件使用

還蠻多重疊的，而且聽說 ETC 的發射功率很強，難怪會有這樣的說法。遠通電收也有話說，但是真實性如何大家看看上面列過的文件就可以知道。 😬

產品

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軟（韌）體

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• Lora-net/LoRaMac-node
  • LoRaWAN node 的韌體官方實作
  • 以 STM32 硬體為主
• Lora-net/lora_gateway
  • LoRaWAN macro gateway driver 的官方實作
  • 拿來透過 SPI 控 SX1301
• Lora-net/packet_forwarder
  • LoRaWAN macro gateway packet forwarder 的官方實作
  • 依賴 Lora-net/lora_gateway 的 library
• hLora-net/picoGW_mcu
  • Picocell MCU 的韌體官方實作
• Lora-net/picoGW_hal
  • LoRaWAN pico gateway driver 的官方實作
  • 從 USB 透過 STM32 轉 SPI 控 SX1308
• Lora-net/picoGW_packet_forwarder
  • LoRaWAN pico gateway packet forwarder 的官方實作
  • 依賴 Lora-net/picoGW_hal 的 library
• Lora-net/sx1302_hal
  • LoRaWAN core gateway packet forwarder 的官方實作
  • 透過 SPI，或從 USB 透過 STM32 轉 SPI 控 SX1302
• lorabasics/basicstation
  • 給 gateway 用的新版程式
  • 從 UDP-based Packet Forwarder Protocol 改為 WebSocket-based Station Protocol
  • 依賴 macro/pico/core gateway 的 library
• LoRaWAN software expansion for STM32Cube
  • STMicroelectronics 出的 LoRaWAN library
  • 有 AT commands 的 example
  • LoRaWAN MAC 實作是跟 Semtech 的
  • IDE 可用 SW4STM32（免費），不一定要用 Keil 或 IAR 的
• The Things Network
  • 源自荷蘭的開放 LoRa 基礎建設
  • Software - GitHub
  • Hardware - GitHub
  • 商業部分有 The Things Industries
  • Industrial - GitHub
• LoRa Server
  • Application Server - GitHub
  • Network Server - GitHub
  • LoRa Gateway Bridge - GitHub
• IBM LoRaWAN in C
  • 之前叫 LoRaMAC in C，所以簡寫才會是 LMiC
  • 從 Wayback Machine 召喚回來的考古材料
  • 那個時候 Hardware Abstraction Layer 好像就是用 STM32 的了
• Arduino-LMIC library
  • 把 IBM LMiC 移植到 Arduino 上的產物
  • 如果用 Arduino 打底，又用了沒有 MCU 的模組，就得靠它
  • 因為 LoRaWAN 的標準在移植當時仍在演進，且 LMiC 感覺已經終止開發，未來能否跟上標準是個問號
  • 其實目前好像就跟不上 AS923 的標準了 😂
• Arduino-LMIC library - MCCI Corporation
  • 這個看起來有公司持續在更新
  • 有 AS923

硬體

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參考資料

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• 頻率資料庫查詢系統 - 國家通訊傳播委員會
• What is LoRa®? - Semtech
• What is the LoRaWAN™ Specification? - LoRa Alliance
• LoRaWAN™ for Developers - LoRa Alliance
• Resource Hub - LoRa Alliance
• LoRaWAN - The Things Network
• LoRa-What? - NewieVentures
• Firmware Updates over Low-Power Wide Area Networks - The Things Network
• Building a Raspberry Pi Powered LoRaWAN Gateway - DesignSpark
• LoRaWAN: OTAA or ABP? - NewieVentures
• OpenChirp
• RFM69 & HopeRF: are they Semtech clones or not? - LowPowerLab
• Microchip RN2483 teardown
• STM32 - Wikipedia
• PIC microcontroller - Wikipedia