摘要

LoRa是物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全新解決方案。 LoRa 芯片組將傳感器連接到云端，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析連接，可用于提高效率和生產(chǎn)。 LoRa 設(shè)備提供智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，可解決地球上一些最緊迫的問(wèn)題，包括能源管理、自然資源保護(hù)、污染控制和基礎(chǔ)設(shè)施效率。例如，戶(hù)外工業(yè)園區(qū)需要大規(guī)模連接時(shí)，將面臨電纜布局問(wèn)題。憑借 LoRaWAN 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它具有以千米為單位的大覆蓋區(qū)域，從而降低了電纜的密度以及簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署。與其他網(wǎng)絡(luò)相比，LoRaWAN 基礎(chǔ)設(shè)施的成本非常低，終端設(shè)備的無(wú)線(xiàn)電成本也很低。 LoRaWan 可廣泛應(yīng)用于空氣污染監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)加工、動(dòng)物跟蹤、火災(zāi)探測(cè)、車(chē)隊(duì)跟蹤、家庭安全和工業(yè)溫度監(jiān)測(cè)。

LoRaWAN 開(kāi)放規(guī)范是基于 Semtech 的 LoRa 設(shè)備的低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 標(biāo)準(zhǔn)，它利用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療 (ISM) 頻段中的未授權(quán)無(wú)線(xiàn)電波。 LoRa Alliance? 是一個(gè)非營(yíng)利組織和快速發(fā)展的技術(shù)聯(lián)盟，負(fù)責(zé) LoRaWAN 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化和全球協(xié)調(diào)。 LoRaWAN 標(biāo)準(zhǔn)為蜂窩、Wi-Fi 和低功耗藍(lán)牙 (Bluetooth Low Energy) 網(wǎng)絡(luò)不符合標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)村和室內(nèi)用例中的實(shí)際問(wèn)題提供了一種高效、靈活且具有成本效益的解決方案。 LoRa 設(shè)備和 LoRaWAN 標(biāo)準(zhǔn)在各種關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，包括智能農(nóng)業(yè)、建筑、城市、環(huán)境、醫(yī)療保健、住房、工業(yè)控制、供應(yīng)鏈以及物流、公用事業(yè)、公共安全等。

什么是 LPWAN 以及它的速度？

LoRa? 是一種用于 LPWAN 的射頻調(diào)制技術(shù)，但在討論 LoRa 是什么之前，我們需要先談?wù)?LPWAN。 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network），也稱(chēng)為L(zhǎng)PWA（Low-Power Wide-Area），或LPN（Low-Power Network，低功耗網(wǎng)絡(luò)），是一種電池供電的傳感器物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，通信可以以低比特率長(zhǎng)距離傳輸。低功率要求、低比特率和使用時(shí)間可用于區(qū)分 LPWAN 與無(wú)線(xiàn) WAN，后者旨在連接企業(yè)或用戶(hù)，傳輸更多數(shù)據(jù)但也消耗更多功率。 LPWAN 各通道的傳輸速率比較慢，比 Zigbee 和 NB-IoT 慢，在 0.3 kbit/s 到 50 kbit/s 之間。 LPWAN可用于構(gòu)建私有無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，但也可以是第三方提供的服務(wù)或基礎(chǔ)設(shè)施，允許傳感器所有者直接部署傳感器，而無(wú)需投資網(wǎng)關(guān)設(shè)備建設(shè)。

什么是LoRa？

LoRa 是 Semtech 開(kāi)發(fā)的一種 LPWAN 協(xié)議，提供遠(yuǎn)程通信：城市地區(qū)最遠(yuǎn) 3 英里（5 公里），農(nóng)村地區(qū) 10 英里（15 公里）或更遠(yuǎn)（視線(xiàn)）。其他 LPWAN 協(xié)議包括 Sigfox 和 Weightless。 LoRa 基于源自啁啾擴(kuò)頻 (CSS) 技術(shù)的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。它最初由法國(guó)格勒諾布爾的 Cycleo 開(kāi)發(fā)，后來(lái)被 LoRa 聯(lián)盟的創(chuàng)始成員 Semtech 收購(gòu)。與其他物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相比，LoRa具有遠(yuǎn)距離、低數(shù)據(jù)速率、長(zhǎng)電池壽命、低成本和高容量五個(gè)特點(diǎn)?；?LoRa 的解決方案的一個(gè)關(guān)鍵特性是超低功耗要求，這允許創(chuàng)建可持續(xù)長(zhǎng)達(dá) 10 年的電池供電設(shè)備?；陂_(kāi)放 LoRa 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)部署在星型拓?fù)渲?，非常適合需要在許多低功耗設(shè)備和收集少量數(shù)據(jù)的設(shè)備之間進(jìn)行遠(yuǎn)程或深度室內(nèi)通信的應(yīng)用。

LoRa的優(yōu)勢(shì)包括但不限于遠(yuǎn)距離、深室內(nèi)覆蓋、易于擴(kuò)展的星型拓?fù)湓O(shè)計(jì)、長(zhǎng)電池壽命、高容量、低成本、準(zhǔn)確的室內(nèi)外定位和加密安全。

關(guān)于LPWAN，LoRaWAN，LoRa三者之間的區(qū)別

LPWAN 是一種無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)技術(shù)，可遠(yuǎn)距離連接低帶寬、電池供電的低比特率物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。構(gòu)建 LPWAN 網(wǎng)絡(luò)有多種可能性，但 LoRaWAN 和 NB-IoT 技術(shù)增長(zhǎng)最快，未來(lái)幾年將擁有最高的 LPWA 市場(chǎng)份額。

LoRaWAN 規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，而 LoRa 物理層允許長(zhǎng)距離通信鏈路。協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)電池壽命、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量、安全性以及網(wǎng)絡(luò)提供的應(yīng)用范圍影響最大。

LoRa 是一種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳輸技術(shù)。本質(zhì)上，它們是普通的 ISM 頻段無(wú)線(xiàn)電芯片，可以使用 LoRa（或其他調(diào)制類(lèi)型，如 FSK）將無(wú)線(xiàn)電頻率轉(zhuǎn)換為比特，而無(wú)需編碼。 LoRa 技術(shù)是一種較低級(jí)別的物理層技術(shù)，用于廣域通信以外的各種應(yīng)用。它的一些主要功能包括：:

• 多達(dá)數(shù)百萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 電池壽命長(zhǎng)；余下的十年
• 長(zhǎng)距離（15-20 公里）

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LoRaWAN 定義了通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。 LoRa 物理層支持遠(yuǎn)程通信鏈路。協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)配對(duì)決定了節(jié)點(diǎn)的電池壽命、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量、安全性，以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的各種應(yīng)用。

LoRaWAN 擴(kuò)頻調(diào)制方法是啁啾擴(kuò)頻的一種變體。 LoRaWAN物理層可以與任何MAC層結(jié)合使用；然而，LoRa 是目前建議的 MAC，它以簡(jiǎn)單的星形拓?fù)溥\(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。 Windows 在預(yù)定時(shí)間網(wǎng)關(guān)和信標(biāo)用于同步終端設(shè)備的時(shí)間。具有最大接收槽的終端設(shè)備：因?yàn)檫@些節(jié)點(diǎn)一直在監(jiān)聽(tīng)，所以它們不適合電池供電的操作。在某些情況下，可以選擇帶有強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)設(shè)備的星型網(wǎng)絡(luò)。

在許多現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)端節(jié)點(diǎn)從其他節(jié)點(diǎn)傳輸信息，以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的通信范圍和小區(qū)大小。雖然這提高了范圍，但它也增加了復(fù)雜性，限制了網(wǎng)絡(luò)容量，并縮短了電池壽命，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)可能與它們無(wú)關(guān)的其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。當(dāng)遠(yuǎn)程連接成為可能時(shí)，遠(yuǎn)程星型設(shè)計(jì)對(duì)于維持電池壽命最有意義。

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)未鏈接到單個(gè)網(wǎng)關(guān)。相反，節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)通常是通過(guò)多個(gè)網(wǎng)關(guān)接收的。通過(guò)一些回程，每個(gè)網(wǎng)關(guān)將從終端節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到基于云的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（蜂窩、以太網(wǎng)、衛(wèi)星或 Wi-Fi）。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收智能和復(fù)雜性并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、過(guò)濾接收到的冗余數(shù)據(jù)包、進(jìn)行安全檢查、通過(guò)最佳網(wǎng)關(guān)調(diào)度確認(rèn)以及執(zhí)行自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率等。如果節(jié)點(diǎn)是移動(dòng)的或移動(dòng)的，則不需要從網(wǎng)關(guān)切換到網(wǎng)關(guān)，這是資產(chǎn)監(jiān)控應(yīng)用的一個(gè)重要特征——物聯(lián)網(wǎng)的重要目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域。

電池效率和功耗

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)上的電池壽命有望實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)續(xù)航。它的節(jié)點(diǎn)是異步的，只有當(dāng)它們有數(shù)據(jù)要廣播時(shí)才進(jìn)行通信，無(wú)論是事件驅(qū)動(dòng)的還是計(jì)劃的。 Aloha 技術(shù)就是這種交流方式的名稱(chēng)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或蜂窩網(wǎng)絡(luò)等同步網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)必須經(jīng)?！皢拘选币耘c網(wǎng)絡(luò)同步并檢查消息。這種同步會(huì)消耗大量能量，是電池壽命縮短的主要原因。在 GSMA 最近一項(xiàng)針對(duì) LPWAN 市場(chǎng)的不同技術(shù)的研究和比較中，LoRaWAN 的表現(xiàn)優(yōu)于所有其他技術(shù)替代品 3 到 5 倍。

容量

LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)容量具有超常的可拓展性和靈活性。網(wǎng)關(guān)必須能夠接受來(lái)自大量節(jié)點(diǎn)的消息，才能使遠(yuǎn)程星形網(wǎng)絡(luò)可運(yùn)行。在 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)在網(wǎng)關(guān)中使用自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率和多通道多調(diào)制解調(diào)器收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)高網(wǎng)絡(luò)容量，從而允許在多個(gè)通道上同時(shí)發(fā)送消息。并發(fā)信道的數(shù)量、數(shù)據(jù)速率（空中時(shí)間）、有效載荷長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)廣播的頻率包括影響容量的所有重要因素。因?yàn)?LoRa? 是一種擴(kuò)頻調(diào)制，所以當(dāng)使用不同的擴(kuò)頻因子時(shí)，信號(hào)幾乎相互正交。有效數(shù)據(jù)速率因擴(kuò)頻因子而異。網(wǎng)關(guān)通過(guò)能夠在同一通道上同時(shí)接收多種數(shù)據(jù)速度來(lái)利用此特性。沒(méi)有必要讓具有良好鏈路且靠近網(wǎng)關(guān)的節(jié)點(diǎn)不斷利用最低數(shù)據(jù)速率并用完可用頻譜超過(guò)必要的時(shí)間。通過(guò)提高數(shù)據(jù)速率，可以減少在空中花費(fèi)的時(shí)間，從而為其他節(jié)點(diǎn)提供更多潛在的廣播空間。自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率還可以延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)電池的使用壽命。具有適當(dāng)下行鏈路容量的對(duì)稱(chēng)上行鏈路和下行鏈路對(duì)于自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率起作用是必要的。這些屬性允許 LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)具有高吞吐量，同時(shí)也使其具有可擴(kuò)展性?？梢杂煤苌俚脑O(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)，如果需要容量，可以添加更多網(wǎng)關(guān)，從而提高數(shù)據(jù)速率，最大限度地減少對(duì)其他網(wǎng)關(guān)的竊聽(tīng)，并將容量增加 6-8 倍。由于限制下行帶寬或使下行范圍不等于上行范圍的技術(shù)權(quán)衡，其他 LPWAN 選項(xiàng)缺乏 LoRaWAN 的可擴(kuò)展性。

節(jié)點(diǎn)類(lèi)

終端設(shè)備用于多種用途并具有不同的需求。 LoRa 使用多個(gè)設(shè)備類(lèi)別來(lái)優(yōu)化一系列終端應(yīng)用程序特性。設(shè)備類(lèi)在網(wǎng)絡(luò)下行鏈路通信延遲和電池壽命之間進(jìn)行權(quán)衡。下行鏈路通信延遲在控制或執(zhí)行器類(lèi)型的應(yīng)用中至關(guān)重要。

雙向終端設(shè)備（A 類(lèi)）：A 類(lèi)終端設(shè)備提供雙向通信，每個(gè)終端上行鏈路設(shè)備傳輸后跟兩個(gè)下行鏈路傳輸。下行鏈路接收窗口很短。終端設(shè)備調(diào)度的傳輸時(shí)隙基于其自身的通信需求，根據(jù)時(shí)間的隨機(jī)選擇基礎(chǔ)（ALOHA 類(lèi)型的協(xié)議）略有差異。此 A 類(lèi)程序使用最少的電量。終端設(shè)備系統(tǒng)，用于在終端設(shè)備向服務(wù)器下行鏈路進(jìn)行上行鏈路傳輸后立即需要下行鏈路通信的應(yīng)用程序。任何其他時(shí)間，來(lái)自服務(wù)器的消息都必須等到下一個(gè)計(jì)劃的上行鏈路。

具有計(jì)劃接收時(shí)隙的雙向終端設(shè)備（B 類(lèi)）：除了 A 類(lèi)的隨機(jī)接收窗口外，B 類(lèi)設(shè)備在預(yù)定周期打開(kāi)額外的接收窗口。終端設(shè)備從網(wǎng)關(guān)獲取時(shí)間同步信號(hào)，以便在規(guī)定時(shí)間打開(kāi)其接收窗口。這會(huì)在終端設(shè)備正在偵聽(tīng)時(shí)通知服務(wù)器。

雙向具有最大接收時(shí)隙的終端設(shè)備（C 類(lèi)）：C 類(lèi)終端設(shè)備實(shí)際上具有連續(xù)打開(kāi)的接收窗口，這些窗口僅在發(fā)送時(shí)關(guān)閉

安全

任何 LPWAN 都必須集成安全性。 LoRaWAN 有兩個(gè)安全層：一層用于網(wǎng)絡(luò)，一層用于應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)安全層確保網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是合法的，而安全應(yīng)用層確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商無(wú)權(quán)訪(fǎng)問(wèn)最終用戶(hù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)。密鑰交換采用 AES 加密和指定的標(biāo)識(shí)。每種技術(shù)都有權(quán)衡取舍，但網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、設(shè)備類(lèi)別、安全性、容量可擴(kuò)展性和移動(dòng)性?xún)?yōu)化方面的 LoRa 特性涵蓋了最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

LoRa 仍然是強(qiáng)大的玩家

總體而言，LoRa 無(wú)線(xiàn)電比典型的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)電具有更大的通信范圍，同時(shí)節(jié)能。此外，這些無(wú)線(xiàn)電具有迷人的特性，例如非侵入式傳輸。如前所述，LoRa 無(wú)線(xiàn)電可以部署在使用多種布局的更廣泛的網(wǎng)絡(luò)中。因此，LoRa 的解決方案是構(gòu)建常見(jiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的有趣選擇。它提供了一個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案，具有許多優(yōu)勢(shì)，為充滿(mǎn)希望的未來(lái)鋪平了道路。

云里物里或?qū)⑼瞥?LoRaWAN 技術(shù)的產(chǎn)品

隨著數(shù)字化浪潮與5G時(shí)代的到來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)已成時(shí)代發(fā)展的不可或缺的一部分，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也愈發(fā)成熟和普及，多項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與協(xié)議如百花齊放般蓬勃發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已融合并應(yīng)用于千行百業(yè)。
云里物里作為具有行業(yè)影響力的物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備設(shè)計(jì)和制造商，始終堅(jiān)持“讓每個(gè)物體接入物聯(lián)網(wǎng)”的企業(yè)使命，不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，致力于在新領(lǐng)域創(chuàng)造更多的可能性，融合自身成熟的無(wú)線(xiàn)連接通訊的基礎(chǔ)上，不斷研發(fā)和突破不同的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)來(lái)豐富產(chǎn)品線(xiàn)。

目前，云里物里已著手研發(fā)LoRa和藍(lán)牙融合的全新產(chǎn)品，將在不遠(yuǎn)的未來(lái)面向市場(chǎng)，敬請(qǐng)期待。相信同時(shí)支持?LoRa?和藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品，必將提供前所未有的可能性，以及更豐富和更全面的場(chǎng)景應(yīng)用，讓我們一起探索未來(lái)無(wú)限可能，共創(chuàng)精彩的物聯(lián)世界。