一文了解LoRa技術(shù)關(guān)鍵特性和優(yōu)勢

　　LoRa與NB-IoT是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。不過兩者之間到底有什么區(qū)別和不同？誰又將更勝一籌占領(lǐng)LPWAN制高點(diǎn)？

　　物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對無線通信技術(shù)提出了更高的要求，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)的LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng)）也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表，也是最有發(fā)展前景的兩個(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。

　　LoRa：易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)技術(shù)

　　LoRa的誕生比NB-IoT要早些，2013年8月，Semtech公司向業(yè)界發(fā)布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（Long Range，簡稱LoRa）的芯片。其接受靈敏度達(dá)到了驚人的-148dbm，與業(yè)界其他先進(jìn)水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收靈敏度改善了20db以上，這確保了網(wǎng)絡(luò)連接可靠性。

圖1：LoRa技術(shù)特點(diǎn)

　　它使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，即保持了像FSK（頻移鍵控）調(diào)制相同的低功耗特性，又明顯地增加了通信距離，同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾，即不同擴(kuò)頻序列的終端即使使用相同的頻率同時(shí)發(fā)送也不會(huì)相互干擾，因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)（Concentrator/Gateway）能夠并行接收并處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

　　線性擴(kuò)頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年，因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性，而LoRa是第一個(gè)用于商業(yè)用途的低成本實(shí)現(xiàn)。隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。這一技術(shù)改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統(tǒng)。

　　LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行（即非授權(quán)頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、服務(wù)器和云四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。如圖2所示。

圖2：LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　LoRa的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1、大大的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。

　　如圖2所示，網(wǎng)關(guān)是節(jié)點(diǎn)與IP網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁（通過2G/3G/4G或者Ethernet）。每個(gè)網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬次各節(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)可以支持測距和定位。

　　LoRa對距離的測量是基于信號(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)）對一點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）的空中傳輸時(shí)間差的測量。其定位精度可達(dá)5m（假設(shè)10km的范圍）。

LoRa的關(guān)鍵特征和優(yōu)勢

　　這些關(guān)鍵特征使得 LoRa技術(shù)非常適用于要求功耗低、距離遠(yuǎn)、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應(yīng)用和領(lǐng)域。

　　應(yīng)用：國外如火如荼，國內(nèi)略顯冷清

　　一種通訊技術(shù)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，除技術(shù)本身要有特定的優(yōu)勢外，還需要背后陣營強(qiáng)力支持，其中產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就是一股強(qiáng)大的推動(dòng)力量，LoRa也不例外。

　　2015年3月LoRa聯(lián)盟宣布成立，這是一個(gè)開放的、非盈利性組織，其目的在于將LoRa推向全球，實(shí)現(xiàn)LoRa技術(shù)的商用。該聯(lián)盟由Semtech牽頭，發(fā)起成員還有法國AcTIlity，中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業(yè)，到目前為止，聯(lián)盟成員數(shù)量達(dá)330多家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠商。

　　LoRa的產(chǎn)業(yè)鏈中（包括終端硬件產(chǎn)商、芯片產(chǎn)商、模塊網(wǎng)關(guān)產(chǎn)商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商）的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，構(gòu)成了LoRa的完整生態(tài)系統(tǒng)，促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。

　　目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署。據(jù)LoRa聯(lián)盟年初的數(shù)據(jù)是有9個(gè)國家開始建網(wǎng)，56個(gè)國家開始進(jìn)行試點(diǎn)；截至目前最新公布的數(shù)據(jù)，已經(jīng)有17個(gè)國家公開宣布建網(wǎng)計(jì)劃，120多個(gè)城市地區(qū)有正在運(yùn)行的LoRa網(wǎng)絡(luò)，如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等等國家，荷蘭、瑞士、韓國等更是部署或計(jì)劃部署覆蓋全國的LoRa網(wǎng)絡(luò)。

　　LoRa技術(shù)在國外發(fā)展如火如荼。不過就國內(nèi)來看，LoRa的應(yīng)用似乎并不多，目前可看到的公開應(yīng)用是國內(nèi)AUGTEK公司在京杭大運(yùn)河開展的LoRa網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，據(jù)悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線覆蓋。

　　其實(shí)國內(nèi)從事LoRa模塊和方案開發(fā)的廠商并不少，除AUGTEK，還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng)匯連、普天通達(dá)、八月科技、NPLink、門思科技、利爾達(dá)、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、唯傳科技、三凡信息等等眾多公司。

　　LoRa易于建設(shè)和部署，得到越來越多國內(nèi)公司的關(guān)注和跟進(jìn)。例如深圳通感微電子有限公司成立了專門的項(xiàng)目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開發(fā)。據(jù)該公司副總經(jīng)理劉文上介紹，通感微做了不少相關(guān)LoRa的項(xiàng)目，例如可實(shí)時(shí)顯示停車位分布狀況的停車場監(jiān)控系統(tǒng)（圖5）、實(shí)現(xiàn)無線土壤檢測的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)（圖6）、防止盜獵的南非Kruger國家公園犀牛保護(hù)項(xiàng)目（圖7）等。

　　這些項(xiàng)目的部署時(shí)間都非常快，例如上述的停車監(jiān)控系統(tǒng)，覆蓋面積10km*10km，部署了6個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)，支持終端規(guī)模3000個(gè)，部署時(shí)間僅需兩周。不過這些項(xiàng)目都是為國外而開發(fā)的，劉文上表示他們今年才在國內(nèi)開展一些項(xiàng)目。

　　疑問：后起之秀NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡？

　　隨著今年6月份NB-IoT的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，近來備受矚目的NB-IoT的規(guī)模化商用的基礎(chǔ)終于落實(shí)。普遍認(rèn)為2017年將是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)商用的元年。

　　作為華為和眾多運(yùn)營商力推的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，NB-IoT一經(jīng)推出就受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，LoRa和NB-IoT之爭的話題不曾間斷。Nb-iot聯(lián)盟成員之一的沃達(dá)豐，其某位高管甚至公開表示了“NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡”的觀點(diǎn)。

　　面對這樣一個(gè)有強(qiáng)勁后臺(tái)的后起之秀，LoRa真的會(huì)被其取代嗎？

　　劉文上認(rèn)為，從技術(shù)上看，兩者之間其實(shí)并沒有太大的優(yōu)劣式之分，從應(yīng)用范圍上來看，兩者其實(shí)很多都是一樣的。區(qū)別在于，NB-IOT采用的是運(yùn)營商統(tǒng)一部署覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收費(fèi)運(yùn)營的方式，而LoRa可以讓企業(yè)搭建屬于自己的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營。雖然NB-IoT受到了運(yùn)營商的強(qiáng)力支持，不過并不代表LoRa就會(huì)被輕易取代。

　　“LoRa相對NB-IoT的好處是已經(jīng)有成熟的商用，而NB-IoT才剛剛開始。LoRa和NB-IoT的應(yīng)用可能會(huì)有很多重疊，不過NB-IoT是由運(yùn)營商來主導(dǎo)，要用到運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)，因此數(shù)據(jù)是先上到運(yùn)營商那里，許多企業(yè)或許不愿意把自己的數(shù)據(jù)給到別人，所以這些企業(yè)寧愿部署自己的私有物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)候用LoRa就很合適。”劉文上說道。