Long-Range CommuniCations in unLiCensed Bands: the Rising staRs in the iot and smaRt City sCenaRios
background 两种主流物联网通信方式 当前技术的限制： 短距离多跳网络：Zigbee, bluetooth 长距离蜂窝网络：2g/gsm/gprs 当前技术的限制： 多跳网络：部署不方便，传输延迟长，能量消耗非对称、可估计性差 蜂窝网络：设备成本高，耗电量大
LPWAN——Low power wan 采用sub-gigahertz公用频段传输 星状拓扑结构——终端直接连接到gateway上 代表性技术 SIGFOX INGENU LORA
OVERVIEW OF CURRENT IOT COMMUNICATION STANDARDS 主流的网络结构是多跳网络 运行专门的协议栈 网络中至少有一个节点接入到IP网中 应用通常运行在局域网中或者云平台上 IoT中常用的通信标准 NFc, rfid, zigbee, ble, z-wave, csrmesh …… 主要特征 Mesh networking 覆盖距离小，传输速率高
Current standards vs. lpwan 现有方法覆盖距离通常在几米到100米之间，LPWAN覆盖范围在城市环境为2-5km，空旷环境为10- 15km 高传输速率 VS. 低传输速率 Zigbee: 250 kb/s, Bluetooth: 1-2Mb/s VS. LoRa: 0.3-37.5 kb/s 虽然Zigbee, wifi等链路传输速率较高，但是端到端的数据传输速率较低，一般在kb级别 多跳联网 VS. 单跳联网 单跳联网的方式可以大量复用已有的基站资源 星状拓扑结构可以更好地控制延迟，从而支持对相应时间有需求的应用
LPWAN概览 Sigfox Ingenu Lora 第一个LPWAN技术，物理层使用Ultra narrowband调制 网络层协议不公开 On-ramp wierless公司持有，物理层使用2.4GHz调制 Lora 工作在sub-gigahertz频段 近年来发展迅速
LORA phy 使用扩频技术，降低解码所需的信噪比 使用duty cycle或者listen-before-talk技术来降低设备间的干扰 扩频码的长度为2SF, SF称为扩频因子,取值范围为7~12 使用duty cycle或者listen-before-talk技术来降低设备间的干扰 Duty cycle的取值通常在1%~0.1% 支持多个信道，以提升数据传输速度
Lorawan LORAwan层的设计是开放的，由LoRa Alliance主导开发 星状网络结构 终端通过单跳介入一个或多个网关 网关通过ip协议介入互联网 网关仅负责转发消息，冗余数据需要服务器自行处理 服务器与终端通信时，也需要服务器自行搜索网关
Lorawan Lora终端分类 Class a（默认）：用于管理型应用 Class b：用于远程控制类应用 会话永远由终端设备发起 终端发起会话以后，会打开至少两个接收窗口，接收来自服务器的消息 Class b：用于远程控制类应用 终端设备通过beacon包和服务器同步，然后打开接收窗口 Class c：用于能耗不敏感的应用 终端设备始终开启接收窗口
Experiment test Deployment Stress test 部署在一个19层的大楼中 在9层部署网关，整栋大楼安装32个终端节点 运行了一整年时间 Stress test 在电梯等位置放置终端，测试信号连接情况 在多种环境下，lora都通过了压力测试
Coverage analysis 在城市环境下，lora信号可以覆盖2km 在保证传输速率情况下，lora可以覆盖1.2km
conclusion 介绍LPWAN的工作原理和特性 比较LPWAN和当前IOT联网方式的不同 对lora的信号质量以及覆盖情况进行了实验验证