隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術這幾年被高度關注，耳熟能詳如窄頻物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、LTE-M（Long Term Evolution，Category M1）、Wi-SUN及Sigfox等眾多的技術與相關推廣聯(lián)盟在市場上爭相競逐，而LoRa技術在全球也有許多的布建與關注。

一、LoRa是什么？

LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng)）專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計，LoRa已經(jīng)具有更加成熟的生態(tài)鏈和更快的商用步伐，預計未來幾年仍然保持成倍增長的速度。

物聯(lián)網(wǎng)應用中無線技術主要分為兩種，一種是近距離無線技術，比如：藍牙/WiFi/ZigBee。另外一種則是組成廣域網(wǎng)的技術如2G/3G/4G，各個技術優(yōu)缺點非常明顯，在LPWAN技術產生前，通常遠距離和低功耗兩者只能取其一。LPWAN技術產生后，魚和熊掌的問題可謂得到平衡，除實現(xiàn)更長距離通信和超低功耗外，還可以節(jié)省額外的中繼器成本。

LoRa是LPWAN通信技術中極具代表性技術，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案，這種傳輸方案改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式，提供一種簡單的能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命、大容量的系統(tǒng)，進而擴展傳感網(wǎng)絡。目前，LoRa主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915MHz等。

二、LoRa有哪些優(yōu)勢特點？

1、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）。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、基于該技術的網(wǎng)關/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)關是節(jié)點與IP網(wǎng)絡之間的橋梁（通過2G/3G/4G或者Ethernet），每個網(wǎng)關每天可以處理500萬次各節(jié)點之間的通信（假設每次發(fā)送10Bytes，網(wǎng)絡占用率10%）。如果把網(wǎng)關安裝在現(xiàn)有移動通信基站的位置，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(qū)，覆蓋范圍可達10公里。

3、基于終端和集中器/網(wǎng)關的系統(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（網(wǎng)關）對一點（節(jié)點）的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m（假設10km的范圍）。

三、LoRa的組網(wǎng)架構是怎樣的？

LoRa網(wǎng)絡主要由終端（可內置LoRa模塊）、網(wǎng)關（或稱基站）、網(wǎng)絡服務器以及應用服務器組成。其網(wǎng)絡架構是一個典型的星形拓撲結構，在這個網(wǎng)絡架構中，LoRa網(wǎng)關是一個透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設備和后端中央服務器。終端設備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關通信。所有的節(jié)點與網(wǎng)關間均是雙向通信。

LoRa的終端節(jié)點可能是各種設備，比如水表氣表、煙霧報警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點通過LoRa無線通信首先與LoRa網(wǎng)關連接，再通過3G網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡，連接到網(wǎng)絡服務器中。網(wǎng)關與網(wǎng)絡服務器之間通過TCP/IP協(xié)議通信。

LoRa終端設備

LoRa的終端節(jié)點可能是各種設備，比如水表氣表、煙霧報警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點通過LoRa無線通信首先與LoRa網(wǎng)關連接，再通過3G網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡，連接到網(wǎng)絡服務器中。網(wǎng)關與網(wǎng)絡服務器之間通過TCP/IP協(xié)議通信。

LoRa網(wǎng)絡將終端設備劃分成A/B/C三類：

Class A：雙向通信終端設備。這一類的終端設備允許雙向通信，每一個終端設備上行傳輸會伴隨著兩個下行接收窗口。終端設備的傳輸時隙是基于其自身通信需求，其微調基于ALOHA協(xié)議。

Class A設備的功耗最低，基站下行通信只能在終端上行通信之后

Class B：具有預設接收時隙的雙向通信終端設備。這一類的終端設備會在預設時間中開放多余的接收窗口，為了達到這一目的，終端設備會同步從網(wǎng)關接收一個Beacon，通過Beacon將基站與模塊的時間進行同步。

Class B終端可以使基站知道終端正在接收數(shù)據(jù)

Class C：具有最大接收窗口的雙向通信終端設備。這一類的終端設備持續(xù)開放接收窗口，只在傳輸時關閉。

Class C設備擁有最長的接收窗口，也最耗電

四、LoRa的應用場景

基于LoRaWAN的網(wǎng)絡能夠提供安全的數(shù)據(jù)傳輸距離遠的雙向通信，并且用最少的網(wǎng)絡基礎設施覆蓋城市區(qū)域，LoRa在在智慧農業(yè)、智慧建筑、智慧物流等多種應用場景中都將得到廣泛應用。

1、智慧農業(yè)

對農業(yè)來說，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應用對于農業(yè)提高產量、減少水資源的消耗等有重要的意義，而這些數(shù)據(jù)指標短時間內不會產生明顯變化，數(shù)據(jù)量小且對實時性的要求不高，因此LoRa無疑是最佳選擇。

2、智慧建筑

對于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測等傳感器并且定時的將監(jiān)測的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時更方便了用戶。通常來說，這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務質量，同時便攜式的家庭式網(wǎng)關便可以滿足需要，所以該場景LoRa是比較合適的選擇。

3、自動化制造

在自動化工業(yè)生產環(huán)境中，大量的智能技術得到應用，各種信息數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中進行交匯，因此所選網(wǎng)絡的特性直接關乎生產計劃的執(zhí)行質量。一些場景需要低成本的傳感器配以低功耗和長壽命的電池來追蹤設備、監(jiān)控狀態(tài)，這時LoRa便是合理的選擇。

4、智慧物流

物流行業(yè)涉及的地域范圍非常廣闊，因此在選擇網(wǎng)絡時首選考慮的是低投入與高工作壽命。為了能夠跟蹤卡板以及確定貨物的位置與狀態(tài)，貨運公司需要的是參與整個物流過程的設施均處于網(wǎng)絡覆蓋下，那么不僅要求網(wǎng)絡節(jié)點足夠經(jīng)濟性以便于大范圍鋪設，而且擁有機動性使其可以安裝在運輸工具上作為一個移動網(wǎng)關。如此，需要依靠4G基站布網(wǎng)的NB-IoT技術顯然不能適應這方面要求，而LoRa低成本，高電池壽命，高機動性，以及在高速移動時通信的穩(wěn)定性使得其能夠在智能物流領域獨領風騷。

在新一輪物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展浪潮中，就低功耗廣域網(wǎng)絡領域，發(fā)達市場已規(guī)模化部署應用的背景下，國內的參與者也以開放性的智慧，推動LoRa網(wǎng)絡在國內的規(guī)模化部署和應用，相信隨著行業(yè)應用落地的增多，國內這張以共享經(jīng)濟理念形成的運營商級LoRa網(wǎng)絡也將成為全球LoRa布局的最核心區(qū)域。

目前，全球兩大主流物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡NB-IoT與LoRa在中國迅猛發(fā)展，有關部門統(tǒng)計一千多款物聯(lián)網(wǎng)應用產品已落地中國各省。據(jù)悉，70%的企業(yè)積極尋求成熟、可靠且快速落地的物聯(lián)網(wǎng)產品，多數(shù)企業(yè)向福州市協(xié)成智慧科技有限公司采購NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采購包括LoRa網(wǎng)關、煙感、水監(jiān)測、紅外探測、定位、排插等數(shù)十款物聯(lián)網(wǎng)產品，另外代開發(fā)NB-IoT和LoRa物聯(lián)網(wǎng)產品，以便快速圈地開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，躋身全國各地市物聯(lián)網(wǎng)龍頭。“世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展看中國”形勢正逐漸形成。

總結

低功耗廣域網(wǎng)絡（Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，具有靈活可擴展特性，規(guī)模可大可小，這是物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)成長與摸索階段所需的，可以說是最適合物聯(lián)網(wǎng)的技術。LoRa安全可靠，具有雙向認證、端到端加密和完整性保護等特性，在安全設計上具備全面性和前瞻性，但物聯(lián)網(wǎng)安全不容忽視，需業(yè)界共同努力持續(xù)推動。lw