M2351 参考设计方案｜LoRaWAN长距离无线通信模块实例

只看该作者 · 2019-6-21 23:30

长距离无线通信模块实例｜LoRaWAN Module
首先，说明物联网针对大面积应用场景面临了实现范围覆盖与降低装置功耗的两难问题，主要的因素有以下三项：
信号弱，功耗大难以深覆盖到地下, 经常维护更换电池
覆盖差，功耗大大面积范围的部署成本非常昂贵，且需要移动定位
电池供电特性针对长距离且不易布线需要电池供电的装置

只看该作者 · 2019-6-21 23:31

我们可以看到了大范围部件物联网装置的通讯问题，而 LoRa 的运行方式正是提供了这些问题的良好解决答案，请看我们以下的整理。
1
传输距离远：比蜂窝距离远/ 覆盖范围广/ 星型拓扑结构
2
使用寿命长：低功耗/ 10~20年寿命/ >10x vs 蜂窝M2M模块
3
用途广泛：高容量/ 多应用/ 公共网络
4
低成本：低成本的基础设施/ 低成本的终端节点/ 公开协定

只看该作者 · 2019-6-21 23:31

由上可以清楚的了解到 LoRa 这个标准的好处，接着我们说明 LoRa Wide Area Network 的架构。LoRaWAN 基本上的联机结构跟主流的物联网通讯架构类似，只不过 LoRa 采用的是 AES-128 加密、多信道上传、网络速率与数据路径自动调整 (Adaption) 的协议，而这样的网络部署需要虑到许多的因素诸如：频谱规画、资料量规画、覆盖目标 (室内或室外) 、功率规划与所要支持的业务服务。以下是 LoRaWAN 简易架构图：

只看该作者 · 2019-6-21 23:32

NuMicro M2351 的 LoRaWAN 节点参考设计方案
新唐跟位于杭州的利尔达公司合作准备推出基于 M2351 微控制器加上 LoRa 无线通信集成功能的模块方案，为了能够支持国际与中国大陆的标准，预计推出两种模块，分别以国际 LoRaWAN Specification 1.0.2 与 LoRaWAN CLAA 1.3.9 (China LoRa Application Alliance) 的两种协议版本为依据。而 M2351 的 Armv8-M TrustZone 架构正是支持这样的双元标准最好的微控制器选择。由于 M2351 可以提供 TrustZone 加上 XOM 功能，所以不同版本通讯协议层可以依据所要符合的地区标准的规划放在 TrustZone 安全区或 XOM (eXecute-Only Memory) 内部，其做法有以下好处：
通讯协议的 API 受 Timing 的影响较小，反应时间快，比较符合标准
对于特定微控制器与 OS 的依存度较小
LoRa 协定不容易遭窜改，比较安全

而 LoRa 无线通信集成功能模块则整合了射频组件与天线匹配组件，大幅降低无线通信硬件部分的设计麻烦，标准的 AT Command 控制方式也提供产品开发人员便利的无线通信控制方法，让开发人员能有更多时间专注于应用系统的开发。

只看该作者 · 2019-6-21 23:33

新唐 M2351 搭配 LoRa 无线通信模块架构

由结构图可以看出利尔达基于 M2351 的 LoRaWAN 在节点装置上的参考设计方案，比其一般的解决方案可以不需要加另一颗专注处理无线通信协议的微控制器，搭配 M2351 的丰富外围功能，整个参考设计模块内含的两颗主要芯片就可以完全应付通讯与终端产品的设计需求，例如无线抄表、远距监控、智慧家庭、智能工厂与智能大楼等物联网应用；换言之，可当通讯模块用途也可以直接针对目标终端产品进行设计。

只看该作者 · 2019-6-21 23:33

新唐微控制器家族与利尔达的 LoRa 解决方案说明与带来的市场机会
如前述，LoRaWAN 的运作还必须配合网关 (Gateway) 与基地台 (Base station)，这两者扮演了非常重要的连上物联网云服务平台的角色，而新唐微处理器也在网关的设计上发挥了作用，例如 NUC980 就适合于开发 LoRaWAN 的网关，其所能提供的设计包含了家居室内网关与工业网关。经由 LoRaWAN 的节点与网关及基地台的合作，可以实现诸多物联网的应用如下表的整理。