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(guò)兩者之間到底有什么區別和不同？誰(shuí)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)提出了更高的要求，專(zhuān)為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計的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(cháng)距低功耗數據傳輸技術(shù)（Long Range，簡(jiǎn)稱(chēng)LoRa）的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-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(xiàn)性調頻擴頻調制技術(shù)，即保持了像FSK（頻移鍵控）調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)節點(diǎn)的數據，大大擴展了系統容量。

　　線(xiàn)性擴頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數十年，因為其可以實(shí)現長(cháng)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。隨著(zhù)LoRa的引入，嵌入式無(wú)線(xiàn)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(jiǎn)單的能實(shí)現遠距離、長(cháng)電池壽命、大容量、低成本的通訊系統。

　　LoRa主要在全球免費頻段運行（即非授權頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò )主要由終端（內置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱(chēng)基站）、服務(wù)器和云四部分組成，應用數據可雙向傳輸。如圖2所示。

圖2：LoRa網(wǎng)絡(luò )架構

　　LoRa的優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面：

　　1、大大的改善了接收的靈敏度，降低了功耗

　　高達157db的鏈路預算使其通信距離可達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據速率的并行處理，系統容量大。

　　如圖2所示，網(wǎng)關(guān)是節點(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)次各節點(diǎn)之間的通信（假設每次發(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，覆蓋范圍可達10公里。

　　3、基于終端和集中器/網(wǎng)關(guān)的系統可以支持測距和定位。

　　LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時(shí)間而非傳統的RSSI（Received Signal Sterngth Ind-icaTIon），而定位則基于多點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）對一點(diǎn)（節點(diǎn)）的空中傳輸時(shí)間差的測量。其定位精度可達5m（假設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、大量連接以及定位跟蹤等的物聯(lián)網(wǎng)應用，如智能抄表、智能停車(chē)、車(chē)輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區等等應用和領(lǐng)域。

　　應用：國外如火如荼，國內略顯冷清

　　一種通訊技術(shù)要實(shí)現大規模商業(yè)化，除技術(shù)本身要有特定的優(yōu)勢外，還需要背后陣營(yíng)強力支持，其中產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就是一股強大的推動(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(kāi)放的、非盈利性組織，其目的在于將LoRa推向全球，實(shí)現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)盟成員數量達330多家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠(chǎng)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(chǎng)商、系統集成商、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商）的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，構成了LoRa的完整生態(tài)系統，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LoRa聯(lián)盟年初的數據是有9個(gè)國家開(kāi)始建網(wǎng)，56個(gè)國家開(kāi)始進(jìn)行試點(diǎn)；截至目前最新公布的數據，已經(jīng)有17個(gè)國家公開(kāi)宣布建網(wǎng)計劃，120多個(gè)城市地區有正在運行的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(guò)就國內來(lái)看，LoRa的應用似乎并不多，目前可看到的公開(kāi)應用是國內AUGTEK公司在京杭大運河開(kāi)展的LoRa網(wǎng)絡(luò )建設，據悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線(xiàn)覆蓋。

　　其實(shí)國內從事LoRa模塊和方案開(kāi)發(fā)的廠(chǎng)商并不少，除AUGTEK，還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng )匯連、普天通達、八月科技、NPLink、門(mén)思科技、利爾達、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易于建設和部署，得到越來(lái)越多國內公司的關(guān)注和跟進(jìn)。例如深圳通感微電子有限公司成立了專(zhuān)門(mén)的項目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開(kāi)發(fā)。據該公司副總經(jīng)理劉文上介紹，通感微做了不少相關(guān)LoRa的項目，例如可實(shí)時(shí)顯示停車(chē)位分布狀況的停車(chē)場(chǎng)監控系統（圖5）、實(shí)現無(wú)線(xiàn)土壤檢測的智能農業(yè)系統（圖6）、防止盜獵的南非Kruger國家公園犀牛保護項目（圖7）等。

　　這些項目的部署時(shí)間都非?？?，例如上述的停車(chē)監控系統，覆蓋面積10km*10km，部署了6個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)，支持終端規模3000個(gè)，部署時(shí)間僅需兩周。不過(guò)這些項目都是為國外而開(kāi)發(fā)的，劉文上表示他們今年才在國內開(kāi)展一些項目。

　　疑問(wèn)：后起之秀NB-IoT將導致LoRa消亡？

　　隨著(zhù)今年6月份NB-IoT的標準凍結，近來(lái)備受矚目的NB-IoT的規?；逃玫幕A終于落實(shí)。普遍認為2017年將是NB-IoT網(wǎng)絡(luò )商用的元年。

　　作為華為和眾多運營(yíng)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)內的廣泛關(guān)注，LoRa和NB-IoT之爭的話(huà)題不曾間斷。Nb-iot聯(lián)盟成員之一的沃達豐，其某位高管甚至公開(kāi)表示了“NB-IoT將導致LoRa消亡”的觀(guān)點(diǎn)。

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

　　劉文上認為，從技術(shù)上看，兩者之間其實(shí)并沒(méi)有太大的優(yōu)劣式之分，從應用范圍上來(lái)看，兩者其實(shí)很多都是一樣的。區別在于，NB-IOT采用的是運營(yíng)商統一部署覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行收費運營(yíng)的方式，而LoRa可以讓企業(yè)搭建屬于自己的網(wǎng)絡(luò )實(shí)現業(yè)務(wù)運營(yíng)。雖然NB-IoT受到了運營(yíng)商的強力支持，不過(guò)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(kāi)始。LoRa和NB-IoT的應用可能會(huì )有很多重疊，不過(guò)NB-IoT是由運營(yíng)商來(lái)主導，要用到運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )，因此數據是先上到運營(yíng)商那里，許多企業(yè)或許不愿意把自己的數據給到別人，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(shuō)道。