LoRaWAN——最常見(jiàn)的應用及案例

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)描述了世界各地連接到互聯(lián)網(wǎng)并測量、監控和提供豐富數據的數百萬(wàn)臺設備的網(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(gè)網(wǎng)絡(luò )都解決了自己的問(wèn)題。例如，在辦公樓中，可以同時(shí)部署多個(gè)基于LoRaWAN的IoT解決方案：一個(gè)用于控制空調，另一個(gè)用于供暖系統、照明、安全和其他IoT應用程序。

　　這些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )可以根據不同的標準運行，將它們組合成一個(gè)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)，但遠程（LoRa技術(shù)）及其網(wǎng)絡(luò )架構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置，例如帶寬、擴頻因子、編碼率和傳輸頻率。這些設置會(huì )影響吞吐量、可靠性和通信范圍。

LoRa和LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò )有什么區別？

　　LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）是一種無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)技術(shù)，可在遠距離內以低比特率互連低帶寬、電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備。構建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(dòng)力，并將在未來(lái)幾年獲得最大的LPWA市場(chǎng)份額。

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

　　LoRa是一種無(wú)線(xiàn)電信號傳輸協(xié)議，它采用啁啾的多符號格式來(lái)傳輸數據。本質(zhì)上，這些芯片是傳統的ISM頻段無(wú)線(xiàn)電芯片，可以使用LoRa（或其他調制類(lèi)型，如FSK）將無(wú)線(xiàn)電頻率轉換為比特，而無(wú)需編寫(xiě)代碼。在廣域通信之外，LoRa技術(shù)是一種在各種應用中采用的較低級別的物理層技術(shù)。

　　LoRaWAN協(xié)議基于LoRa無(wú)線(xiàn)電調制方式，是一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議。它管理終端節點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設備和網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)之間的通信，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)連接將設備連接到互聯(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(wú)線(xiàn)電波；這是關(guān)于它們如何與LoRaWAN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(wú)線(xiàn)電技術(shù)很簡(jiǎn)單。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )的最佳比喻是蜂窩網(wǎng)絡(luò )?；贚oRa的設備有一個(gè)與網(wǎng)關(guān)連接的模塊，網(wǎng)關(guān)是本地中心位置?？紤]一下您的手機如何通過(guò)手機信號塔發(fā)送和接收數據。網(wǎng)關(guān)充當設備和服務(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)設備進(jìn)行交互。換句話(huà)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器負責刪除重復的數據包，確認數據的完整性，并執行安全檢查。此外，星型架構中的節點(diǎn)不需要一直監聽(tīng)來(lái)自其他節點(diǎn)的消息。因此，他們可能大部分時(shí)間都在“睡覺(jué)”，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(gè)新時(shí)代開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一些優(yōu)勢，具有多種優(yōu)勢：

　　遠距離和覆蓋范圍：它的距離在LOS內可達15公里，是任何其他通信協(xié)議無(wú)法比擬的。

　　低功耗：LoRa技術(shù)提供超低功耗無(wú)線(xiàn)電，非常適合需要一次充電使用十年或更長(cháng)時(shí)間的設備。

　　低成本硬件：與其他網(wǎng)絡(luò )相比，LoRaWAN基礎設施的成本非常低，終端設備的無(wú)線(xiàn)電成本也很低。此外，正在創(chuàng )建各種開(kāi)源版本的基礎設施，例如網(wǎng)關(guān)，進(jìn)一步降低了開(kāi)支。

　　高容量：?jiǎn)蝹€(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可能連接數千個(gè)端點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設備。

LoRaWAN類(lèi)別

A類(lèi)

　　A類(lèi)是一個(gè)簡(jiǎn)單的ALOHA系統，因為它完全是異步的；這意味著(zhù)終端節點(diǎn)不必等待特定時(shí)間與網(wǎng)關(guān)通信。相反，他們會(huì )在需要時(shí)進(jìn)行廣播，然后在下次需要時(shí)停止活動(dòng)。如果你有一個(gè)八通道系統，你可以用一條消息填充每個(gè)時(shí)間段，這樣它就可以完美同步。

B類(lèi)

　　消息可以使用B類(lèi)向下傳輸到電池供電的節點(diǎn)。每128秒，網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個(gè)信標。因為所有LoRaWAN基站都是單個(gè)每秒脈沖時(shí)鐘的從屬，它們都同時(shí)發(fā)出信標消息(1PPS)；這意味著(zhù)在每一秒的開(kāi)始。軌道上的每顆GPS衛星都會(huì )傳遞一條信息，讓世界各地的時(shí)間同步。

C類(lèi)

　　C類(lèi)允許節點(diǎn)在任何時(shí)候連續監聽(tīng)和發(fā)送下行消息。因為它需要大量的能量來(lái)保持節點(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用。

LoRaWAN最常見(jiàn)的應用是什么？

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

智慧城市

　　智慧城市需要實(shí)時(shí)了解城市生活的各個(gè)方面。為了實(shí)現這一目標，智慧城市通常利用廣域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現由不同的數據生成物聯(lián)網(wǎng)設備、傳感器和智能儀表組成的龐大網(wǎng)絡(luò )之間的連接。LoRaWAN無(wú)線(xiàn)技術(shù)是智慧城市范圍內應用的最佳物聯(lián)網(wǎng)解決方案。使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和各種智能設備對綜合實(shí)時(shí)數據進(jìn)行可視化和分析，城市可以通過(guò)優(yōu)化資產(chǎn)利用率和城市資源分配來(lái)動(dòng)態(tài)響應。城市可以將物聯(lián)網(wǎng)集成到他們的基礎設施中，以自動(dòng)化任務(wù)、監控和管理設備，并執行預測性維護以降低運營(yíng)成本。世界各地的城市都可以通過(guò)整合城市服務(wù)來(lái)優(yōu)化公用事業(yè)和員工的使用，例如：

　　街道照明

　　智能停車(chē)

　　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/運輸管理

　　得益于基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，供應鏈和物流公司成功地追蹤了高價(jià)值資產(chǎn)，包括運輸途中的資產(chǎn)。由于該技術(shù)具有出色的覆蓋范圍、低功耗和無(wú)GPS定位，因此可以在廣闊的地理區域和惡劣的環(huán)境中方便地跟蹤車(chē)輛、貨物和其他支持。使用LoRaWAN連接的車(chē)隊監控物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以通過(guò)允許車(chē)隊在路上停留更長(cháng)時(shí)間、提高燃油經(jīng)濟性、提高安全性、提供對維護問(wèn)題的可見(jiàn)性以及提高整體運營(yíng)效率來(lái)節省資金。

智能建筑

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

　　溫濕度監測

　　房間入住率

　　運動(dòng)檢測

　　智能水表

　　火災、洪水、CO/CO2水平監測

智慧醫療

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

　　基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案可設計用于持續可靠地監控醫院患者、老年護理人員、高水平運動(dòng)員或其他任何需要實(shí)時(shí)、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：

　　醫院病人

　　老年人護理居民

　　高水平運動(dòng)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(gè)人安全。個(gè)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(gè)緊急按鈕，可發(fā)送帶有用戶(hù)位置信息的即時(shí)SOS。

空間利用

　　企業(yè)員工的流動(dòng)性越來(lái)越強，并迅速采用了“隨時(shí)隨地”的工作理念。由于員工和客人的流動(dòng)不可預測，辦公空間可能會(huì )長(cháng)期閑置或超額預訂。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(guò)在一個(gè)區域內部署配備LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )的設備和網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，可以實(shí)時(shí)記錄和發(fā)布環(huán)境指標以進(jìn)行數據分析。他們在成為災難之前發(fā)現問(wèn)題?；贚oRaWAN的環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)解決方案有助于保護人們免受環(huán)境威脅，從空氣質(zhì)量監測到輻射泄漏檢測。

智慧農業(yè)

　　將基于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案用于智能農業(yè)實(shí)踐的概念正在流行起來(lái)，因為農民現在可以輕松地對其作物、牲畜、設備、基礎設施、環(huán)境以及他們需要持續監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)農業(yè)傳感器尺寸緊湊，可以確定許多參數，從而了解環(huán)境方面?？梢圆渴鹞锫?lián)網(wǎng)傳感器來(lái)收集有關(guān)陽(yáng)光照射的數據，這些數據可用于做出更好的作物種植決策，并幫助確定太陽(yáng)能整合是否是農場(chǎng)的可行選擇。

LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )架構

　　LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )中的終端設備不是讓每個(gè)終端設備幾乎始終處于開(kāi)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(shí)才“開(kāi)啟”，因為內容不是問(wèn)題。LoRa無(wú)線(xiàn)電具有一些特性，使其能夠獲得足夠的遠程功率和低成本。其中一些特征包括：

調制技術(shù)

　　LoRa無(wú)線(xiàn)電采用頻譜調制技術(shù)來(lái)顯著(zhù)增加通信范圍，同時(shí)保持與FSK調制物理層無(wú)線(xiàn)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長(cháng)一段時(shí)間，但LoRa是該方法的第一個(gè)低成本商業(yè)實(shí)施。

頻率

　　雖然LoRa技術(shù)與頻率無(wú)關(guān)，但LoRa無(wú)線(xiàn)電通過(guò)未經(jīng)許可的sub-GHz無(wú)線(xiàn)電頻段進(jìn)行通信，這些頻段在全球范圍內可廣泛使用。這些頻率因地區而異，在許多情況下，因國家而異。

自適應數據速率

　　LoRa采用可變帶寬和擴頻因子(SF7-SF12)的組合來(lái)改變數據速率，這是與傳輸范圍的權衡。更高的擴頻因子以更低的數據速率提供更大的覆蓋范圍，反之亦然。帶寬和擴頻因子組合是根據網(wǎng)絡(luò )條件和發(fā)送的數據量來(lái)設置的。

自適應功率電平

　　LoRa無(wú)線(xiàn)電具有可適應的功率水平。數據速率和網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量等因素會(huì )影響LoRa無(wú)線(xiàn)電等。當需要快速傳輸時(shí)，傳輸功率會(huì )增加，反之亦然。因此，電池壽命延長(cháng)并保留了網(wǎng)絡(luò )容量。包括設備等級在內的各種因素都會(huì )影響功耗。

LoRa聯(lián)盟對LoRaWAN的支持

　　未來(lái)，我們的全球、國家和區域網(wǎng)絡(luò )必須支持全球數十億甚至數萬(wàn)億的智能物聯(lián)網(wǎng)設備?；贚oRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和LoRaWAN技術(shù)將在為未來(lái)應用提供創(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(gè)Lora聯(lián)盟協(xié)會(huì )聯(lián)合全球400多家公司為未來(lái)的需求貢獻、改進(jìn)和實(shí)施智能LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )。

　　LoRa聯(lián)盟是一個(gè)開(kāi)放的、非營(yíng)利的成員協(xié)會(huì )，它相信物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。LoRa聯(lián)盟由行業(yè)領(lǐng)導者發(fā)起，其使命是標準化在世界各地部署的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)，以實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、機器對機器(M2M)和智慧城市以及工業(yè)應用程序。