摘要

LoRa是物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域無線網(wǎng)絡的全新解決方案。 LoRa 芯片組將傳感器連接到云端，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)和分析連接，可用于提高效率和生產(chǎn)。 LoRa 設備提供智能物聯(lián)網(wǎng)應用，可解決地球上一些最緊迫的問題，包括能源管理、自然資源保護、污染控制和基礎設施效率。例如，戶外工業(yè)園區(qū)需要大規(guī)模連接時，將面臨電纜布局問題。憑借 LoRaWAN 技術的優(yōu)勢，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化物聯(lián)網(wǎng)設備的部署。與其他網(wǎng)絡相比，LoRaWAN 基礎設施的成本非常低，終端設備的無線電成本也很低。 LoRaWan 可廣泛應用于空氣污染監(jiān)測、農(nóng)業(yè)加工、動物跟蹤、火災探測、車隊跟蹤、家庭安全和工業(yè)溫度監(jiān)測。

LoRaWAN 開放規(guī)范是基于 Semtech 的 LoRa 設備的低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 標準，它利用工業(yè)、科學和醫(yī)療 (ISM) 頻段中的未授權無線電波。 LoRa Alliance? 是一個非營利組織和快速發(fā)展的技術聯(lián)盟，負責 LoRaWAN 標準的標準化和全球協(xié)調(diào)。 LoRaWAN 標準為蜂窩、Wi-Fi 和低功耗藍牙 (Bluetooth Low Energy) 網(wǎng)絡不符合標準的農(nóng)村和室內(nèi)用例中的實際問題提供了一種高效、靈活且具有成本效益的解決方案。 LoRa 設備和 LoRaWAN 標準在各種關鍵領域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的應用，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，但在討論 LoRa 是什么之前，我們需要先談談 LPWAN。 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network），也稱為LPWA（Low-Power Wide-Area），或LPN（Low-Power Network，低功耗網(wǎng)絡），是一種電池供電的傳感器物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡，通信可以以低比特率長距離傳輸。低功率要求、低比特率和使用時間可用于區(qū)分 LPWAN 與無線 WAN，后者旨在連接企業(yè)或用戶，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)建私有無線傳感器網(wǎng)絡，但也可以是第三方提供的服務或基礎設施，允許傳感器所有者直接部署傳感器，而無需投資網(wǎng)關設備建設。

什么是LoRa？

LoRa 是 Semtech 開發(fā)的一種 LPWAN 協(xié)議，提供遠程通信：城市地區(qū)最遠 3 英里（5 公里），農(nóng)村地區(qū) 10 英里（15 公里）或更遠（視線）。其他 LPWAN 協(xié)議包括 Sigfox 和 Weightless。 LoRa 基于源自啁啾擴頻 (CSS) 技術的擴頻調(diào)制技術。它最初由法國格勒諾布爾的 Cycleo 開發(fā)，后來被 LoRa 聯(lián)盟的創(chuàng)始成員 Semtech 收購。與其他物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡相比，LoRa具有遠距離、低數(shù)據(jù)速率、長電池壽命、低成本和高容量五個特點。基于 LoRa 的解決方案的一個關鍵特性是超低功耗要求，這允許創(chuàng)建可持續(xù)長達 10 年的電池供電設備?；陂_放 LoRa 協(xié)議的網(wǎng)絡部署在星型拓撲中，非常適合需要在許多低功耗設備和收集少量數(shù)據(jù)的設備之間進行遠程或深度室內(nèi)通信的應用。

LoRa的優(yōu)勢包括但不限于遠距離、深室內(nèi)覆蓋、易于擴展的星型拓撲設計、長電池壽命、高容量、低成本、準確的室內(nèi)外定位和加密安全。

關于LPWAN，LoRaWAN，LoRa三者之間的區(qū)別

LPWAN 是一種無線廣域網(wǎng)技術，可遠距離連接低帶寬、電池供電的低比特率物聯(lián)網(wǎng)設備。構(gòu)建 LPWAN 網(wǎng)絡有多種可能性，但 LoRaWAN 和 NB-IoT 技術增長最快，未來幾年將擁有最高的 LPWA 市場份額。

LoRaWAN 規(guī)定了網(wǎng)絡的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，而 LoRa 物理層允許長距離通信鏈路。協(xié)議和網(wǎng)絡架構(gòu)對電池壽命、網(wǎng)絡容量、服務質(zhì)量、安全性以及網(wǎng)絡提供的應用范圍影響最大。

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

• 多達數(shù)百萬個節(jié)點
• 電池壽命長；余下的十年
• 長距離（15-20 公里）

LoRaWAN 網(wǎng)絡架構(gòu)

LoRaWAN 定義了通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)。 LoRa 物理層支持遠程通信鏈路。協(xié)議和網(wǎng)絡架構(gòu)配對決定了節(jié)點的電池壽命、網(wǎng)絡容量、服務質(zhì)量、安全性，以及網(wǎng)絡服務的各種應用。

LoRaWAN 擴頻調(diào)制方法是啁啾擴頻的一種變體。 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，它以簡單的星形拓撲運行網(wǎng)絡。 Windows 在預定時間網(wǎng)關和信標用于同步終端設備的時間。具有最大接收槽的終端設備：因為這些節(jié)點一直在監(jiān)聽，所以它們不適合電池供電的操作。在某些情況下，可以選擇帶有強大的網(wǎng)關設備的星型網(wǎng)絡。

在許多現(xiàn)有網(wǎng)絡中使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡架構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡中的各個端節(jié)點從其他節(jié)點傳輸信息，以擴展網(wǎng)絡的通信范圍和小區(qū)大小。雖然這提高了范圍，但它也增加了復雜性，限制了網(wǎng)絡容量，并縮短了電池壽命，因為節(jié)點接收和轉(zhuǎn)發(fā)可能與它們無關的其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。當遠程連接成為可能時，遠程星型設計對于維持電池壽命最有意義。

LoRaWAN 網(wǎng)絡中的節(jié)點未鏈接到單個網(wǎng)關。相反，節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)通常是通過多個網(wǎng)關接收的。通過一些回程，每個網(wǎng)關將從終端節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到基于云的網(wǎng)絡服務器（蜂窩、以太網(wǎng)、衛(wèi)星或 Wi-Fi）。

網(wǎng)絡服務器接收智能和復雜性并維護網(wǎng)絡、過濾接收到的冗余數(shù)據(jù)包、進行安全檢查、通過最佳網(wǎng)關調(diào)度確認以及執(zhí)行自適應數(shù)據(jù)速率等。如果節(jié)點是移動的或移動的，則不需要從網(wǎng)關切換到網(wǎng)關，這是資產(chǎn)監(jiān)控應用的一個重要特征——物聯(lián)網(wǎng)的重要目標應用領域。

電池效率和功耗

LoRaWAN 網(wǎng)絡上的電池壽命有望實現(xiàn)超長續(xù)航。它的節(jié)點是異步的，只有當它們有數(shù)據(jù)要廣播時才進行通信，無論是事件驅(qū)動的還是計劃的。 Aloha 技術就是這種交流方式的名稱。網(wǎng)狀網(wǎng)絡或蜂窩網(wǎng)絡等同步網(wǎng)絡中的節(jié)點必須經(jīng)?！皢拘选币耘c網(wǎng)絡同步并檢查消息。這種同步會消耗大量能量，是電池壽命縮短的主要原因。在 GSMA 最近一項針對 LPWAN 市場的不同技術的研究和比較中，LoRaWAN 的表現(xiàn)優(yōu)于所有其他技術替代品 3 到 5 倍。

容量

LoRaWAN 網(wǎng)絡上的網(wǎng)絡容量具有超常的可拓展性和靈活性。網(wǎng)關必須能夠接受來自大量節(jié)點的消息，才能使遠程星形網(wǎng)絡可運行。在 LoRaWAN 網(wǎng)絡中，通過在網(wǎng)關中使用自適應數(shù)據(jù)速率和多通道多調(diào)制解調(diào)器收發(fā)器來實現(xiàn)高網(wǎng)絡容量，從而允許在多個通道上同時發(fā)送消息。并發(fā)信道的數(shù)量、數(shù)據(jù)速率（空中時間）、有效載荷長度和節(jié)點廣播的頻率包括影響容量的所有重要因素。因為 LoRa? 是一種擴頻調(diào)制，所以當使用不同的擴頻因子時，信號幾乎相互正交。有效數(shù)據(jù)速率因擴頻因子而異。網(wǎng)關通過能夠在同一通道上同時接收多種數(shù)據(jù)速度來利用此特性。沒有必要讓具有良好鏈路且靠近網(wǎng)關的節(jié)點不斷利用最低數(shù)據(jù)速率并用完可用頻譜超過必要的時間。通過提高數(shù)據(jù)速率，可以減少在空中花費的時間，從而為其他節(jié)點提供更多潛在的廣播空間。自適應數(shù)據(jù)速率還可以延長節(jié)點電池的使用壽命。具有適當下行鏈路容量的對稱上行鏈路和下行鏈路對于自適應數(shù)據(jù)速率起作用是必要的。這些屬性允許 LoRaWAN 網(wǎng)絡具有高吞吐量，同時也使其具有可擴展性?？梢杂煤苌俚脑O備建立網(wǎng)絡，如果需要容量，可以添加更多網(wǎng)關，從而提高數(shù)據(jù)速率，最大限度地減少對其他網(wǎng)關的竊聽，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權衡，其他 LPWAN 選項缺乏 LoRaWAN 的可擴展性。

節(jié)點類

終端設備用于多種用途并具有不同的需求。 LoRa 使用多個設備類別來優(yōu)化一系列終端應用程序特性。設備類在網(wǎng)絡下行鏈路通信延遲和電池壽命之間進行權衡。下行鏈路通信延遲在控制或執(zhí)行器類型的應用中至關重要。

雙向終端設備（A 類）：A 類終端設備提供雙向通信，每個終端上行鏈路設備傳輸后跟兩個下行鏈路傳輸。下行鏈路接收窗口很短。終端設備調(diào)度的傳輸時隙基于其自身的通信需求，根據(jù)時間的隨機選擇基礎（ALOHA 類型的協(xié)議）略有差異。此 A 類程序使用最少的電量。終端設備系統(tǒng)，用于在終端設備向服務器下行鏈路進行上行鏈路傳輸后立即需要下行鏈路通信的應用程序。任何其他時間，來自服務器的消息都必須等到下一個計劃的上行鏈路。

具有計劃接收時隙的雙向終端設備（B 類）：除了 A 類的隨機接收窗口外，B 類設備在預定周期打開額外的接收窗口。終端設備從網(wǎng)關獲取時間同步信號，以便在規(guī)定時間打開其接收窗口。這會在終端設備正在偵聽時通知服務器。

雙向具有最大接收時隙的終端設備（C 類）：C 類終端設備實際上具有連續(xù)打開的接收窗口，這些窗口僅在發(fā)送時關閉

安全

任何 LPWAN 都必須集成安全性。 LoRaWAN 有兩個安全層：一層用于網(wǎng)絡，一層用于應用程序。網(wǎng)絡安全層確保網(wǎng)絡中的節(jié)點是合法的，而安全應用層確保網(wǎng)絡運營商無權訪問最終用戶的應用數(shù)據(jù)。密鑰交換采用 AES 加密和指定的標識。每種技術都有權衡取舍，但網(wǎng)絡設計、設備類別、安全性、容量可擴展性和移動性優(yōu)化方面的 LoRa 特性涵蓋了最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用。

LoRa 仍然是強大的玩家

總體而言，LoRa 無線電比典型的物聯(lián)網(wǎng)無線電具有更大的通信范圍，同時節(jié)能。此外，這些無線電具有迷人的特性，例如非侵入式傳輸。如前所述，LoRa 無線電可以部署在使用多種布局的更廣泛的網(wǎng)絡中。因此，LoRa 的解決方案是構(gòu)建常見物聯(lián)網(wǎng)應用程序的有趣選擇。它提供了一個極具競爭力的解決方案，具有許多優(yōu)勢，為充滿希望的未來鋪平了道路。

云里物里或?qū)⑼瞥?LoRaWAN 技術的產(chǎn)品

隨著數(shù)字化浪潮與5G時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)已成時代發(fā)展的不可或缺的一部分，而物聯(lián)網(wǎng)技術也愈發(fā)成熟和普及，多項物聯(lián)網(wǎng)技術與協(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)智能設備設計和制造商，始終堅持“讓每個物體接入物聯(lián)網(wǎng)”的企業(yè)使命，不斷開拓創(chuàng)新，致力于在新領域創(chuàng)造更多的可能性，融合自身成熟的無線連接通訊的基礎上，不斷研發(fā)和突破不同的無線通信技術來豐富產(chǎn)品線。

目前，云里物里已著手研發(fā)LoRa和藍牙融合的全新產(chǎn)品，將在不遠的未來面向市場，敬請期待。相信同時支持?LoRa?和藍牙技術的產(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景應用，讓我們一起探索未來無限可能，共創(chuàng)精彩的物聯(lián)世界。