物聯(lián)網(wǎng)入門必讀 | 低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)LoRa

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)展前景的兩個低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。

關(guān)于NB-IOT的相關(guān)知識指路《NB-IoT技術(shù)正式被接受為ITU IMT-2020 5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)！》，今天我們主要和大家聊聊LoRa。

一

LoRa的誕生

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。

二

LoRa的優(yōu)勢

LoRa的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

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。

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)有移動通信****的位置，****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的空中傳輸時間而非傳統(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)）的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達(dá)5m（假設(shè)10km的范圍）。

LoRa關(guān)鍵特性和優(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。

三

LoRa的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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、915MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架由終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

LoRa是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調(diào)制，相較于傳統(tǒng)的FSK技術(shù)以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術(shù)，LoRa基于CSS調(diào)制技術(shù)（ChirpSpread Spectrum）在保持低功耗的同時極大地增加了通訊范圍，且CSS技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

此外，LoRa技術(shù)不需要建設(shè)****，一個網(wǎng)關(guān)便可控制較多設(shè)備，并且布網(wǎng)方式較為靈活，可大幅度降低建設(shè)成本。

LoRa因其功耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合，因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流等多個垂直行業(yè)，前景廣闊。

四

LoRa和LoRaWan一樣嗎？

在學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)許多小伙伴容易把LoRa和LoRaWan混淆，其實(shí)兩者是有差異的。

LoRaWAN基于LoRa遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一套通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu),如果按協(xié)議分層來說LoRaWAN就是MAC層,LoRa是物理層。因此LoRaWAN原來也被叫做LoRaMAC。

其實(shí)LoRaWan并不是一個完整的通信協(xié)議，因?yàn)樗欢x了物理層和鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層沒有，功能也并不完善，沒有漫游，沒有組網(wǎng)管理等通信協(xié)議的主要功能。LoRaWAN協(xié)議針對低功耗、電池供電的傳感器進(jìn)行了優(yōu)化，包括了不同級別的終端節(jié)點(diǎn)以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)延遲和電池壽命間的平衡關(guān)系。它是完全雙向的，由安全專家構(gòu)建確保了可靠性和安全性。

本次關(guān)于LoRa的討論就到這里，下次我們再和大家繼續(xù)聊聊關(guān)于LoRa協(xié)議的那些事兒！