LRRS无线网络技术

一、   LRRS无线网络概述：

物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显，前者局域网的无线技术都无法实现远距离低功耗数据传输，在实施中需要借助于大量的基站和有线的网络来组建一个通信链路，带来大量的施工及综合布线成本，后期维护量也巨大，实现上的故障率增加，而后者广域网技术全部依赖于运营商现有的网络，网络延时大，实效性差，通讯丢包率较高，无法满足高质量通讯的要求，相对开放的协议对于有保密要求的单位又很难接入和应用。

在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。 

二、LRRS无线窄带技术优势：

LRRS技术就是基于LPWAN通信技术中的一种，是由和记平台官网（北京）科技集团有限公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。

与我公司相似的技术还有LoRa 和NB-IOT技术，LORA技术主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。同样具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。但其在国内已经形成一套统一的标准体系，被阿里、中兴等公司采用，协议全部采用公开的标准规范，如同WIFI一样，通用性强，安全性比较弱。而NB-IOT技术则还是依托于联通、移动、电信等运营商网络在做，主要应用于智能抄表等业务，数据的双向通信管理友善度较差，安全性同样具备较高的风险，因此对于有安全考虑的场所，除政府规定的1.8GHZ或1.4GHZ的无线专网基站外，在无线应用领域尚无好的解决方案。LRRS无线技术则是因此而生，该设备具有以下技术优势：

?  覆盖范围广，穿透能力强，建设成本低；

面对1.8GHZ或1.4GHZ专网基站高昂建设成本，而LRRS无线专网建设成本不到其成本的十分之一，LRSS无线技术通过牺牲数据传输带宽，降低频率，使其具备较好的无线穿透能力，以此来达到远距离和空间覆盖，无需担心建筑的遮挡问题。

?  通讯稳定和安全性好；

在通讯方式的稳定性和安全性上也是LRRS技术的一大亮点，该技术从频段选择上一般控制在450MHZ-470HZ之间（常规应用），避开传统智能家居厂家采用的433MHZ的频率冲突，另外该技术还具备跳频模式，上行和下行可以切换不同的频率，使其通讯的稳定性得到加强。

?  加密性好，数据窃取及反向控制难度高；

LRRS无线通讯技术，不同于LORA和NB-IOT技术，该技术不面向传统的大众业务，该技术拥有一套自主的独立的LRRS通讯协议，内嵌POD安全机制，除协议外和记平台官网（北京）科技集团有限公司在开发该技术时为保证该协议的绝对私有性，为其配备了完善的通讯网关及数据采集节点设备等完整生态产品，保证从节点采集设备到网关到平台之间均采用自主协议，不支持第三方设备直接接入网关，必须由节点采集设备进行边缘处理，因此该协议破译风险较低；

?  异步通讯网关反向控制的终结者；

基本该协议被获取和破译的风险较低，但为保证其足够的安全性，在协议上还做了一些加密处理，如采用代码混淆、AES等技术，在网关层也做了一些保护的措施，建立的超强的熔断机制，对于疑似指令网关或立刻断掉相应的接点通路，并主动切换通信频段，保护其他链路设备，为了构建行之有效的局域网络，网关在通讯数据处理上采用消息报文识别跳变机制，任何一个接点的报文都会被覆盖区域的网关所捕获，从而在网关层形成一种自组网架构，任何一个网关出现问题，均可被其他网关取代保证通讯的稳定性。

?  LRRS精准的业务定位，不给其他系统造成通讯风险；

LRRS无线通讯技术只定义在传感数据的采集及报警数据的传输，对于传感数据也仅采用点对点的模式，即一个采集节点只对一个传感器，基于此设计LRSS在进行通讯的时候将其带宽控制的非常小，图片、语音、视频都无法进行传输，因此即便有人通过该网络端口入侵也不会对其他系统造成大量的泄露问题。

?  LRRS对于通讯距离的管控；

由于LRRS技术其在研制初期的定位就非常明确，因此对于通讯技术也是进行了一些控制，LRRS理论通讯距离空旷区域可以达到半径10公里半径。而我们只将其有效距离控制在半径500-1000米之间，保证在一个1000m*1000m米的空间区域内，通过加装至少4套基站即可实现自组网并兼顾一定的互补备份。保证通讯的绝对畅通。

三、LRRS无线窄带技术特点：

LRRS网络主要由采集终端（可内置LRRS模块）、网关（或称基站）和慧通物云管理平台四部分组成。应用数据可双向传输。一般说来，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将影响系统的传输距离和电池寿命；工作频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标；而在FSK系统中，网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。LRRS融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LRRS的出现，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息，这样，数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求，且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性，这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中，将每一比特时间划分为众多码片。即使噪声很大，LRRS也能从容应对，LRRS调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子。相对而言，ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。通过使用高扩频因子，LRRS技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上，当你通过频谱分析仪测量时，这些数据看上去像噪音，但区别在于噪音是不相关的，而数据具有相关性，基于此，数据实际上可以从噪音中被提取出来。扩频因子越高，越多数据可从噪音中提取出来。在户外环境下，6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。 超强的链路预算，让信号飞的更远。

低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物联网中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如：报警类产品，环境数据，资产盘点，在线巡更等。