LoRa无线网络技术

LoRa无线网络技术本站　　低功耗广域网（LPWAN，Low Power Wide Area Network）技术是一种性的物联网无线接入新技术，与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等现有成熟商用的无线技术相比，具有远距离、低功耗、低成本、覆盖容量大等优点，适合于在长距离发送小数据量且使用电池供电方式的物联网终端设备

　　低功耗广域网（LPWAN，Low Power Wide Area Network）技术是一种性的物联网无线接入新技术，与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等现有成熟商用的无线技术相比，具有远距离、低功耗、低成本、覆盖容量大等优点，适合于在长距离发送小数据量且使用电池供电方式的物联网终端设备。LPWAN作为一个新兴的、刚起步的技术，其市场普遍被看好，各厂商争先研究LPWAN，参与标准制定，设商用试点，市场呈现百家争鸣、蓬勃发展的态势。

　　LPWAN技术从频谱角度上可分为授权频谱和非授权频谱两种。截至目前，低功耗广域网络大部分部署在非授权频谱，即人们熟悉的ISM频段。一旦基于蜂窝网络的LPWAN技术成熟，授权频谱在未来也会成为LPWAN的选择之一。今天的讨论重点主要是非授权频谱的LPWAN技术，包括LoRa、SigFox、OnRamp、NWave、Platanus等，相对授权频谱的LPWAN技术，非授权频谱的LPWAN技术具有搭建网络灵活、快速、技术种类多等特点，部署成本低、商品化速度快。

　　2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1 GHz以下频谱的超长距低功耗数据传输技术（LoRa，Long Range）的芯片。LoRa主要面向物联网应用，其接收灵敏度可达-148 dBm，与业界其他先进水平的Sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20 dB以上，确保了网络连接的可靠性。LoRa功耗极低，一节五号电池理论上可供终端设备工作10年以

　　上。同时，LoRa使用线性调频扩频调制技术，即可保持像频移键控（FSK，Frequency Shift Keying）调制相同的低功耗特性，又明显增加了通信距离，提高了网络效率并消除了干扰（不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰），因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。

　　LoRa作为非授权频谱的一种LPWAN无线技术，相比于其他无线技术（如Sigfox、NWave等），其产业链更为成熟、商业化应用较早。LoRa技术经过Semtech、美国思科、IBM、荷兰KPN电信和韩国SK电信等组成的LoRa Alliance国际组织进行全球推广后，目前已成为新物联网应用和智慧城市发展的重要基础支撑技术。

　　表1为目前基于非授权频谱的LPWAN主要技术的特点对比。LoRa、Sigfox作为非授权频谱LPWAN技术的典型代表，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等优点，是最有发展前景的低功耗广域网通信技术之一。目前，两者在欧美地区都已有多个商用的案例，但是在运营模式、抗干扰能力、完整的生态系统、组织推广力度上，LoRa比Sigfox更具有优势。

　　在运营模式方面，Sigfox只能部署在私有网络，应用大数据由Sigfox掌握，厂商使用需得到授权；相反，LoRa不仅可部署在公开网络和私有网络，还可让厂商拥有应用大数据，故受到了多数厂商的青睐和支持。在技术方面，Sigfox采用FSK，只能工作于杂讯位准以上，而LoRa采用线性扩频调制技术，能在杂讯位准以下维持有效通信，抗干扰能力更强。换言之，即使在各国开放频段有限的情况下，当物联网蓬勃发展、终端节点暴增时，杂讯水平（Noise Floor）上升，杂讯位准被拉高，LoRa也能有效维持通信，而Sigfox受到干扰严重，无法维持稳定通信。

　　作为LPWAN技术之一，LoRa具备长距离、低功耗、低成本、易于部署、标准化等特点。表2为LoRa技术的关键特点及其对应的优势：

　　根据LoRa技术的关键特点可知，LoRa非常适用于要求具备功耗低、距离远、容量大以及可定位跟踪等特点的物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等应用和领域

　　目前LoRa网络已经在全球多地进行试点或部署。据最新公布的相关数据显示，全球有16个国家正在部署LoRa网络，56个国家开始进行试点，如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等。荷兰KPN电信、韩国SK电信在2016年上半年部署了覆盖全国的LoRa网络，提供基于LoRa的物联网服务。相对于LoRa技术在国外发展的如火如荼，国内LoRa应用略显冷淡。目前可看到的公开应用是国内AUGTEK公司在京杭大运河开展的LoRa网络（智慧航道）建设，据悉目前已经完成江苏段的全线覆盖。其实国内从事LoRa模块和方案开发的厂商并不少，除AUGTEK之外，还有洲斯物联、思创汇连、普天通达、NPLink、门思科技、利尔达、通

　　感微电子、上海雍敏、武汉拓宝、博大光通、纵行科技、唯传科技、三凡信息等众多公司。随着国内广域物联网喷发式的发展和CLAA组织对LoRa应用的积极推动，国内基于LoRa应用的试点将会越来越多地被部署在各行各业，以提供优质高效的物联网服务。

　　近几年物联网发展势头迅猛，具有巨大的市场前景。而在广域物联网通信领域中，NB-IoT的发展非常迅速，得到了众多通信企业的支持，电信设备供应商如爱立信、诺基亚、华为和中兴等，大型电信运营商如AT&T、中国移动、中国联通和中国电信等，以及芯片解决方案供应商如高通等。NB-IoT标准于2016年6月获得国际组织3GPP批准通过，标准核心协议正式冻结，国内NB-IoT行业标准预计在2016年年底发布，2017年初有望规模商用。NB-IoT网络不仅具有LPWAN中长距离、低功耗、低成本、标准化等优势，而且是窄带蜂窝物联网技术，可直接部署于原有蜂窝网络，以降低部署成本、实现平滑升级。因此，NB-IoT得到了运营商的积极推动，有望成为下一代运营商主导的授权频谱的广域物联网公网，这给LoRa网络的发展带来了巨大的挑战。

　　LPWAN技术有两种应用分类，分别是分散型应用和行业性应用。分散型应用指的是终端产品的用户是分散的或产品在地域分布上是分散的或者产品具有频繁移动的属性。这样的应用对LPWAN的需求主要是更大范围的网络覆盖以解决用户的区域分布和可移动属性对网络的要求。这一类的产品以消费电子和基于定位的应用为主。行业性应用指的是单客户具有在小范围进行局部网络部署的条件，在局部范围内具有足够可承担起网络建设成本的终端需求数量，此时往往会基于本身的应用需求对LPWAN协议细节进行调整，对数据安全有更高的需求。NB-IoT通过运营商部署广域物联网的方式无法满足协议细节修改的需求，其数据安全性和局域网也不可相提并论，因此难以解决行业应用的需求，更适合分散型应用。相比之下，LoRa作为最受欢迎的非授权频谱LPWAN技术之一，运营方式更加灵活，可以是以运营商主导的大范围公开网络，也可以是私人部署的专用局域网络，如公安、交通、民航、物流、铁路、安防等行业。LoRa网络技术可以满足行业客户协议细节调整的需求，可快速帮助客户低成本地建设局域网以实现业务运营，同时不仅能适应分散性应用需求，还能很好地满足行业性应用需求。