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延伸内容

LoRa（LongRang）无线通信协议是一种长距离的无线通信技术，它很大的优点是距离远（空旷距离可达15kM），同时低功耗；当然，它也有不足的地方，那就是传输速率慢、它很适合无线传感器网络，比如在户外或跨楼宇（多楼层）采集：用水、用电、温湿度、烟雾报警等。鉴于LoRa组网的长距离和低速率，锐米通信设计：LoRa组网（DataConcentrator）数据采集器和iNode无线节点，它们可以组织成星型组网，一种典型的无线网络拓朴如上图所示。LoRa组网和iNode基于“单跳”通信，这样可以节省iNode宝贵的电能，特别适合于电池供电的场合；LoRa组网能根据iNode的数目、通信速率和负载将时间划分成slot（时隙），这种时分复用的方法可以很大化利用带宽，避免冲突；LoRa组网自组织和维护网络，无须用户的配置，简单易用。我们先看一个“竞争与冲突”的网络通信协议，如下图所示，有3个节点：#i、#j和#k，它们使用LBT（ListenBeforeTalk）侦听信道空闲的方式“竞争”接入网络、从通信时序图可以直观地得到2点：冲突带来能量的损失，更多的和后续冲突，如#k本来想在TI时刻发送数据帧，因为检测到冲突，它到Tk时刻才能通信。冲突会浪费通信带宽，当LBT检测到冲突时，它将使用“随机退避”算法，这样一来通信时间将被“碎片化”，有一些通信带宽将无法得到利用。扩展性不强、随着加入网络的节点越来越多，slot将会更少，因此需要设计算法来保留一部分slot作为“下发通信和信标”使用；如果保留的slot过少，需要重新分配slot。时钟漂移带来冲突、尽管晶振在人们的眼中已经很“”了，但是生产工艺，温度和老化，还是会让个体产生精度差异、这种漂移会让节点通信发生冲突，导致时分复用算法失败。应对上述挑战，锐米通信巧妙地使用了“距离”算法，它根据节点数目和时钟很大漂移系数来计算slot的合理值、在校时方面，设计了“节点主动上传”的秒级校时，“采集器唤醒”和“信标帧”的毫秒级校时。

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