隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)這幾年被高度關(guān)注，耳熟能詳如窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)、LTE-M(Long Term Evolution，Category M1)、Wi-SUN及Sigfox等眾多的技術(shù)與相關(guān)推廣聯(lián)盟在市場(chǎng)上爭(zhēng)相競(jìng)逐，而LoRa技術(shù)在全球也有許多的布建與關(guān)注。
LPWAN(low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng))專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，LoRa已經(jīng)具有更加成熟的生態(tài)鏈和更快的商用步伐，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年仍然保持成倍增長(zhǎng)的速度。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中無(wú)線技術(shù)主要分為兩種，一種是近距離無(wú)線技術(shù)，比如：藍(lán)牙/WiFi/ZigBee。另外一種則是組成廣域網(wǎng)的技術(shù)如2G/3G/4G，各個(gè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯，在LPWAN技術(shù)產(chǎn)生前，通常遠(yuǎn)距離和低功耗兩者只能取其一。LPWAN技術(shù)產(chǎn)生后，魚和熊掌的問(wèn)題可謂得到平衡，除實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離通信和超低功耗外，還可以節(jié)省額外的中繼器成本。
LoRa是LPWAN通信技術(shù)中極具代表性技術(shù)，是美國(guó)Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸方案，這種傳輸方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915MHz等。
1、改善了接收的靈敏度，降低了功耗。
高達(dá)157db的鏈路預(yù)算使其通信距離可達(dá)15公里(與環(huán)境有關(guān))。其接收電流僅10mA，睡眠電流200nA，這大大延遲了電池的使用壽命。
2、基于該技術(shù)的網(wǎng)關(guān)/集中器支持多信道多數(shù)據(jù)速率的并行處理，系統(tǒng)容量大。
網(wǎng)關(guān)是節(jié)點(diǎn)與IP網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁(通過(guò)2G/3G/4G或者Ethernet)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬(wàn)次各節(jié)點(diǎn)之間的通信(假設(shè)每次發(fā)送10Bytes，網(wǎng)絡(luò)占用率10%)。如果把網(wǎng)關(guān)安裝在現(xiàn)有移動(dòng)通信基站的位置，發(fā)射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達(dá)10公里。
3、基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)可以支持測(cè)距和定位。
LoRa對(duì)距離的測(cè)量是基于信號(hào)的空中傳輸時(shí)間而非傳統(tǒng)的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位則基于多點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))對(duì)一點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的空中傳輸時(shí)間差的測(cè)量。其定位精度可達(dá)5m(假設(shè)10km的范圍)。
LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器組成。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設(shè)備和后端中央服務(wù)器。終端設(shè)備采用單跳與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)通信。所有的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)間均是雙向通信。
LoRa的終端節(jié)點(diǎn)可能是各種設(shè)備，比如水表氣表、煙霧報(bào)警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)LoRa無(wú)線通信首先與LoRa網(wǎng)關(guān)連接，再通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信。
LoRa終端設(shè)備
LoRa的終端節(jié)點(diǎn)可能是各種設(shè)備，比如水表氣表、煙霧報(bào)警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)LoRa無(wú)線通信首先與LoRa網(wǎng)關(guān)連接，再通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信。
LoRa網(wǎng)絡(luò)將終端設(shè)備劃分成A/B/C三類：
Class A：雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備允許雙向通信，每一個(gè)終端設(shè)備上行傳輸會(huì)伴隨著兩個(gè)下行接收窗口。終端設(shè)備的傳輸時(shí)隙是基于其自身通信需求，其微調(diào)基于ALOHA協(xié)議。
Class A設(shè)備的功耗最低，基站下行通信只能在終端上行通信之后
Class B：具有預(yù)設(shè)接收時(shí)隙的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備會(huì)在預(yù)設(shè)時(shí)間中開(kāi)放多余的接收窗口，為了達(dá)到這一目的，終端設(shè)備會(huì)同步從網(wǎng)關(guān)接收一個(gè)Beacon，通過(guò)Beacon將基站與模塊的時(shí)間進(jìn)行同步。
Class B終端可以使基站知道終端正在接收數(shù)據(jù)
Class C：具有最大接收窗口的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備持續(xù)開(kāi)放接收窗口，只在傳輸時(shí)關(guān)閉。
Class C設(shè)備擁有最長(zhǎng)的接收窗口，也最耗電
基于LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)能夠提供安全的數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)的雙向通信，并且用最少的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋城市區(qū)域，LoRa在在智慧農(nóng)業(yè)、智慧建筑、智慧物流等多種應(yīng)用場(chǎng)景中都將得到廣泛應(yīng)用。
1、智慧農(nóng)業(yè)
對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應(yīng)用對(duì)于農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量、減少水資源的消耗等有重要的意義，而這些數(shù)據(jù)指標(biāo)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯變化，數(shù)據(jù)量小且對(duì)實(shí)時(shí)性的要求不高，因此LoRa無(wú)疑是最佳選擇。
2、智慧建筑
對(duì)于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測(cè)等傳感器并且定時(shí)的將監(jiān)測(cè)的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時(shí)更方便了用戶。通常來(lái)說(shuō)，這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)便攜式的家庭式網(wǎng)關(guān)便可以滿足需要，所以該場(chǎng)景LoRa是比較合適的選擇。
3、自動(dòng)化制造
在自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，大量的智能技術(shù)得到應(yīng)用，各種信息數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交匯，因此所選網(wǎng)絡(luò)的特性直接關(guān)乎生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行質(zhì)量。一些場(chǎng)景需要低成本的傳感器配以低功耗和長(zhǎng)壽命的電池來(lái)追蹤設(shè)備、監(jiān)控狀態(tài)，這時(shí)LoRa便是合理的選擇。
4、智慧物流
物流行業(yè)涉及的地域范圍非常廣闊，因此在選擇網(wǎng)絡(luò)時(shí)首選考慮的是低投入與高工作壽命。為了能夠跟蹤卡板以及確定貨物的位置與狀態(tài)，貨運(yùn)公司需要的是參與整個(gè)物流過(guò)程的設(shè)施均處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋下，那么不僅要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)足夠經(jīng)濟(jì)性以便于大范圍鋪設(shè)，而且擁有機(jī)動(dòng)性使其可以安裝在運(yùn)輸工具上作為一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)。如此，需要依靠4G基站布網(wǎng)的NB-IoT技術(shù)顯然不能適應(yīng)這方面要求，而LoRa低成本，高電池壽命，高機(jī)動(dòng)性，以及在高速移動(dòng)時(shí)通信的穩(wěn)定性使得其能夠在智能物流領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
在新一輪物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮中，就低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，發(fā)達(dá)市場(chǎng)已規(guī)?；渴饝?yīng)用的背景下，國(guó)內(nèi)的參與者也以開(kāi)放性的智慧，推動(dòng)LoRa網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)的規(guī)?；渴鸷蛻?yīng)用，相信隨著行業(yè)應(yīng)用落地的增多，國(guó)內(nèi)這張以共享經(jīng)濟(jì)理念形成的運(yùn)營(yíng)商級(jí)LoRa網(wǎng)絡(luò)也將成為全球LoRa布局的最核心區(qū)域。
目前，全球兩大主流物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)NB-IoT與LoRa在中國(guó)迅猛發(fā)展，有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)一千多款物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)品已落地中國(guó)各省。據(jù)悉，70%的企業(yè)積極尋求成熟、可靠且快速落地的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，多數(shù)企業(yè)向福州市協(xié)成智慧科技有限公司采購(gòu)NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采購(gòu)包括LoRa網(wǎng)關(guān)、煙感、水監(jiān)測(cè)、紅外探測(cè)、定位、排插等數(shù)十款物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，另外代開(kāi)發(fā)NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以便快速圈地開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，躋身全國(guó)各地市物聯(lián)網(wǎng)龍頭?！笆澜缥锫?lián)網(wǎng)發(fā)展看中國(guó)”形勢(shì)正逐漸形成。
總結(jié)：低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，具有靈活可擴(kuò)展特性，規(guī)模可大可小，這是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)與摸索階段所需的，可以說(shuō)是最適合物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。LoRa安全可靠，具有雙向認(rèn)證、端到端加密和完整性保護(hù)等特性，在安全設(shè)計(jì)上具備全面性和前瞻性，但物聯(lián)網(wǎng)安全不容忽視，需業(yè)界共同努力持續(xù)推動(dòng)。
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