LoRaWAN——最常見的應(yīng)用及案例

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)描述了世界各地連接到互聯(lián)網(wǎng)并測量、監(jiān)控和提供豐富數(shù)據(jù)的數(shù)百萬臺設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。今天的物聯(lián)網(wǎng)由許多松散連接的網(wǎng)絡(luò)組成，每個網(wǎng)絡(luò)都解決了自己的問題。例如，在辦公樓中，可以同時部署多個基于LoRaWAN的IoT解決方案：一個用于控制空調(diào)，另一個用于供暖系統(tǒng)、照明、安全和其他IoT應(yīng)用程序。

　　這些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，將它們組合成一個網(wǎng)絡(luò)并非易事。低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)技術(shù)能夠支持大量物聯(lián)網(wǎng)用例。雖然存在多種LPWAN技術(shù)，但遠(yuǎn)程（LoRa技術(shù)）及其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LoRaWAN是目前采用最多的技術(shù)。LoRa提供了一系列物理層通信設(shè)置，例如帶寬、擴(kuò)頻因子、編碼率和傳輸頻率。這些設(shè)置會影響吞吐量、可靠性和通信范圍。

LoRa和LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò)有什么區(qū)別？

　　LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）是一種無線廣域網(wǎng)技術(shù)，可在遠(yuǎn)距離內(nèi)以低比特率互連低帶寬、電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。構(gòu)建LPWAN網(wǎng)絡(luò)有多種選擇，但LoRaWAN和NB-IoT技術(shù)顯示出最大的動力，并將在未來幾年獲得最大的LPWA市場份額。

　　LoRaWAN定義了網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，而LoRa物理層則支持遠(yuǎn)程通信鏈路。協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對電池壽命、網(wǎng)絡(luò)容量、服務(wù)質(zhì)量、安全性以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的應(yīng)用程序的多樣性影響最大。

　　LoRa是一種無線電信號傳輸協(xié)議，它采用啁啾的多符號格式來傳輸數(shù)據(jù)。本質(zhì)上，這些芯片是傳統(tǒng)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，而無需編寫代碼。在廣域通信之外，LoRa技術(shù)是一種在各種應(yīng)用中采用的較低級別的物理層技術(shù)。

　　LoRaWAN協(xié)議基于LoRa無線電調(diào)制方式，是一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議。它管理終端節(jié)點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)之間的通信，并通過無線連接將設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。LoRaWAN是一種點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這不僅僅是關(guān)于無線電波；這是關(guān)于它們?nèi)绾闻cLoRaWAN網(wǎng)關(guān)交互以提供加密和識別等功能。

LoRaWAN是如何工作的？

　　在最基本的層面上，像LoRaWAN這樣的無線電技術(shù)很簡單。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的最佳比喻是蜂窩網(wǎng)絡(luò)。基于LoRa的設(shè)備有一個與網(wǎng)關(guān)連接的模塊，網(wǎng)關(guān)是本地中心位置?？紤]一下您的手機(jī)如何通過手機(jī)信號塔發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)設(shè)備和服務(wù)器之間的管道。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器使用互聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，并指示它與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行交互。換句話說，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負(fù)責(zé)刪除重復(fù)的數(shù)據(jù)包，確認(rèn)數(shù)據(jù)的完整性，并執(zhí)行安全檢查。此外，星型架構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)不需要一直監(jiān)聽來自其他節(jié)點(diǎn)的消息。因此，他們可能大部分時間都在“睡覺”，從而降低了他們的能源使用量。

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

　　以下是這個新時代開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一些優(yōu)勢，具有多種優(yōu)勢：

　　遠(yuǎn)距離和覆蓋范圍：它的距離在LOS內(nèi)可達(dá)15公里，是任何其他通信協(xié)議無法比擬的。

　　低功耗：LoRa技術(shù)提供超低功耗無線電，非常適合需要一次充電使用十年或更長時間的設(shè)備。

　　低成本硬件：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)備的無線電成本也很低。此外，正在創(chuàng)建各種開源版本的基礎(chǔ)設(shè)施，例如網(wǎng)關(guān)，進(jìn)一步降低了開支。

　　高容量：單個LoRa網(wǎng)關(guān)可能連接數(shù)千個端點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

LoRaWAN類別

A類

　　A類是一個簡單的ALOHA系統(tǒng)，因為它完全是異步的；這意味著終端節(jié)點(diǎn)不必等待特定時間與網(wǎng)關(guān)通信。相反，他們會在需要時進(jìn)行廣播，然后在下次需要時停止活動。如果你有一個八通道系統(tǒng)，你可以用一條消息填充每個時間段，這樣它就可以完美同步。

B類

　　消息可以使用B類向下傳輸?shù)诫姵毓╇姷墓?jié)點(diǎn)。每128秒，網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個信標(biāo)。因為所有LoRaWAN基站都是單個每秒脈沖時鐘的從屬，它們都同時發(fā)出信標(biāo)消息(1PPS)；這意味著在每一秒的開始。軌道上的每顆GPS衛(wèi)星都會傳遞一條信息，讓世界各地的時間同步。

C類

　　C類允許節(jié)點(diǎn)在任何時候連續(xù)監(jiān)聽和發(fā)送下行消息。因為它需要大量的能量來保持節(jié)點(diǎn)完全清醒并始終操作接收器，所以這通常用于交流供電的應(yīng)用。

LoRaWAN最常見的應(yīng)用是什么？

　　LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)兼容廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并已成功用于以下用例：

智慧城市

　　智慧城市需要實(shí)時了解城市生活的各個方面。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，智慧城市通常利用廣域無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)由不同的數(shù)據(jù)生成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、傳感器和智能儀表組成的龐大網(wǎng)絡(luò)之間的連接。LoRaWAN無線技術(shù)是智慧城市范圍內(nèi)應(yīng)用的最佳物聯(lián)網(wǎng)解決方案。使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和各種智能設(shè)備對綜合實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和分析，城市可以通過優(yōu)化資產(chǎn)利用率和城市資源分配來動態(tài)響應(yīng)。城市可以將物聯(lián)網(wǎng)集成到他們的基礎(chǔ)設(shè)施中，以自動化任務(wù)、監(jiān)控和管理設(shè)備，并執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)以降低運(yùn)營成本。世界各地的城市都可以通過整合城市服務(wù)來優(yōu)化公用事業(yè)和員工的使用，例如：

　　街道照明

　　智能停車

　　廢物管理

　　水位和洪水管理

　　智能公共交通

　　空氣質(zhì)量控制

　　街道清潔

　　物流/運(yùn)輸管理

　　得益于基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，供應(yīng)鏈和物流公司成功地追蹤了高價值資產(chǎn)，包括運(yùn)輸途中的資產(chǎn)。由于該技術(shù)具有出色的覆蓋范圍、低功耗和無GPS定位，因此可以在廣闊的地理區(qū)域和惡劣的環(huán)境中方便地跟蹤車輛、貨物和其他支持。使用LoRaWAN連接的車隊監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以通過允許車隊在路上停留更長時間、提高燃油經(jīng)濟(jì)性、提高安全性、提供對維護(hù)問題的可見性以及提高整體運(yùn)營效率來節(jié)省資金。

智能建筑

　　在基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)支出最少的情況下，房主和物業(yè)/設(shè)施經(jīng)理可以通過部署基于LoRa的智能物聯(lián)網(wǎng)建筑解決方案來提高效率并最大限度地減少支出：

　　溫濕度監(jiān)測

　　房間入住率

　　運(yùn)動檢測

　　智能水表

　　火災(zāi)、洪水、CO/CO2水平監(jiān)測

智慧醫(yī)療

　　低功耗、低成本和一致的性能使LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)成為基本智能醫(yī)療保健應(yīng)用的理想選擇?；贚oRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以持續(xù)監(jiān)控高風(fēng)險患者或系統(tǒng)，確保健康和醫(yī)療安全永遠(yuǎn)不會受到影響。

　　基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可設(shè)計用于持續(xù)可靠地監(jiān)控醫(yī)院患者、老年護(hù)理人員、高水平運(yùn)動員或其他任何需要實(shí)時、始終了解其呼吸健康狀況的人的最重要生命體征。IoT LoRaWAN智能健康解決方案可以幫助：

　　醫(yī)院病人

　　老年人護(hù)理居民

　　高水平運(yùn)動員

　　公共安全

　　對全方位安全和安保解決方案的需求正在增加?；谖锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的公共安全解決方案為急救人員提供了尖端技術(shù)，可以減少危險并提高個人安全。個人可穿戴物聯(lián)網(wǎng)小工具（例如ID徽章）配備了LoRaWAN技術(shù)，包括一個緊急按鈕，可發(fā)送帶有用戶位置信息的即時SOS。

空間利用

　　企業(yè)員工的流動性越來越強(qiáng)，并迅速采用了“隨時隨地”的工作理念。由于員工和客人的流動不可預(yù)測，辦公空間可能會長期閑置或超額預(yù)訂。對于公司而言，正確使用和安排可用空間已成為后勤方面的難題。

智能環(huán)境

　　通過在一個區(qū)域內(nèi)部署配備LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)時記錄和發(fā)布環(huán)境指標(biāo)以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。他們在成為災(zāi)難之前發(fā)現(xiàn)問題?；贚oRaWAN的環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)解決方案有助于保護(hù)人們免受環(huán)境威脅，從空氣質(zhì)量監(jiān)測到輻射泄漏檢測。

智慧農(nóng)業(yè)

　　將基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案用于智能農(nóng)業(yè)實(shí)踐的概念正在流行起來，因為農(nóng)民現(xiàn)在可以輕松地對其作物、牲畜、設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境以及他們需要持續(xù)監(jiān)控的所有其他組件進(jìn)行可視化、分析和做出更明智的決策并管理以提高產(chǎn)量和提高效率。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)傳感器尺寸緊湊，可以確定許多參數(shù)，從而了解環(huán)境方面?？梢圆渴鹞锫?lián)網(wǎng)傳感器來收集有關(guān)陽光照射的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于做出更好的作物種植決策，并幫助確定太陽能整合是否是農(nóng)場的可行選擇。

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備不是讓每個終端設(shè)備幾乎始終處于開啟狀態(tài)，而是直接與網(wǎng)關(guān)交互，并且僅在需要與網(wǎng)關(guān)通信時才“開啟”，因為內(nèi)容不是問題。LoRa無線電具有一些特性，使其能夠獲得足夠的遠(yuǎn)程功率和低成本。其中一些特征包括：

調(diào)制技術(shù)

　　LoRa無線電采用頻譜調(diào)制技術(shù)來顯著增加通信范圍，同時保持與FSK調(diào)制物理層無線電相媲美的低功率特性。雖然在軍事和空間通信中廣泛使用了相當(dāng)長一段時間，但LoRa是該方法的第一個低成本商業(yè)實(shí)施。

頻率

　　雖然LoRa技術(shù)與頻率無關(guān)，但LoRa無線電通過未經(jīng)許可的sub-GHz無線電頻段進(jìn)行通信，這些頻段在全球范圍內(nèi)可廣泛使用。這些頻率因地區(qū)而異，在許多情況下，因國家而異。

自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率

　　LoRa采用可變帶寬和擴(kuò)頻因子(SF7-SF12)的組合來改變數(shù)據(jù)速率，這是與傳輸范圍的權(quán)衡。更高的擴(kuò)頻因子以更低的數(shù)據(jù)速率提供更大的覆蓋范圍，反之亦然。帶寬和擴(kuò)頻因子組合是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件和發(fā)送的數(shù)據(jù)量來設(shè)置的。

自適應(yīng)功率電平

　　LoRa無線電具有可適應(yīng)的功率水平。數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等因素會影響LoRa無線電等。當(dāng)需要快速傳輸時，傳輸功率會增加，反之亦然。因此，電池壽命延長并保留了網(wǎng)絡(luò)容量。包括設(shè)備等級在內(nèi)的各種因素都會影響功耗。

LoRa聯(lián)盟對LoRaWAN的支持

　　未來，我們的全球、國家和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)必須支持全球數(shù)十億甚至數(shù)萬億的智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?；贚oRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和LoRaWAN技術(shù)將在為未來應(yīng)用提供創(chuàng)新、低成本和高效的網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮非常重要的作用。有一個Lora聯(lián)盟協(xié)會聯(lián)合全球400多家公司為未來的需求貢獻(xiàn)、改進(jìn)和實(shí)施智能LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。

　　LoRa聯(lián)盟是一個開放的、非營利的成員協(xié)會，它相信物聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)到來。LoRa聯(lián)盟由行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者發(fā)起，其使命是標(biāo)準(zhǔn)化在世界各地部署的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、機(jī)器對機(jī)器(M2M)和智慧城市以及工業(yè)應(yīng)用程序。