摘要
LoRa是物聯網低功耗廣域無線網絡的全新解決方案。 LoRa 芯片組將傳感器連接到云端，實現實時數據和分析連接，可用于提高效率和生產。 LoRa 設備提供智能物聯網應用，可解決地球上一些最緊迫的問題，包括能源管理、自然資源保護、污染控制和基礎設施效率。例如，戶外工業園區需要大規模連接時，將面臨電纜布局問題。憑借 LoRaWAN 技術的優勢，它具有以千米為單位的大覆蓋區域，從而降低了電纜的密度以及簡化物聯網設備的部署。與其他網絡相比，LoRaWAN 基礎設施的成本非常低，終端設備的無線電成本也很低。 LoRaWan 可廣泛應用于空氣污染監測、農業加工、動物跟蹤、火災探測、車隊跟蹤、家庭安全和工業溫度監測。
LoRaWAN 開放規范是基于 Semtech 的 LoRa 設備的低功耗廣域網 (LPWAN) 標準，它利用工業、科學和醫療 (ISM) 頻段中的未授權無線電波。 LoRa Alliance? 是一個非營利組織和快速發展的技術聯盟，負責 LoRaWAN 標準的標準化和全球協調。 LoRaWAN 標準為蜂窩、Wi-Fi 和低功耗藍牙 (Bluetooth Low Energy) 網絡不符合標準的農村和室內用例中的實際問題提供了一種高效、靈活且具有成本效益的解決方案。 LoRa 設備和 LoRaWAN 標準在各種關鍵領域實現了廣泛的應用，包括智能農業、建筑、城市、環境、醫療保健、住房、工業控制、供應鏈以及物流、公用事業、公共安全等。
什么是 LPWAN 以及它的速度？
LoRa? 是一種用于 LPWAN 的射頻調制技術，但在討論 LoRa 是什么之前，我們需要先談談 LPWAN。 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network），也稱為LPWA（Low-Power Wide-Area），或LPN（Low-Power Network，低功耗網絡），是一種電池供電的傳感器物聯網無線網絡，通信可以以低比特率長距離傳輸。低功率要求、低比特率和使用時間可用于區分 LPWAN 與無線 WAN，后者旨在連接企業或用戶，傳輸更多數據但也消耗更多功率。 LPWAN 各通道的傳輸速率比較慢，比 Zigbee 和 NB-IoT 慢，在 0.3 kbit/s 到 50 kbit/s 之間。 LPWAN可用于構建私有無線傳感器網絡，但也可以是第三方提供的服務或基礎設施，允許傳感器所有者直接部署傳感器，而無需投資網關設備建設。
什么是LoRa？
LoRa 是 Semtech 開發的一種 LPWAN 協議，提供遠程通信：城市地區最遠 3 英里（5 公里），農村地區 10 英里（15 公里）或更遠（視線）。其他 LPWAN 協議包括 Sigfox 和 Weightless。 LoRa 基于源自啁啾擴頻 (CSS) 技術的擴頻調制技術。它最初由法國格勒諾布爾的 Cycleo 開發，后來被 LoRa 聯盟的創始成員 Semtech 收購。與其他物聯網網絡相比，LoRa具有遠距離、低數據速率、長電池壽命、低成本和高容量五個特點?；?LoRa 的解決方案的一個關鍵特性是超低功耗要求，這允許創建可持續長達 10 年的電池供電設備?；陂_放 LoRa 協議的網絡部署在星型拓撲中，非常適合需要在許多低功耗設備和收集少量數據的設備之間進行遠程或深度室內通信的應用。
LoRa的優勢包括但不限于遠距離、深室內覆蓋、易于擴展的星型拓撲設計、長電池壽命、高容量、低成本、準確的室內外定位和加密安全。
關于LPWAN，LoRaWAN，LoRa三者之間的區別
LPWAN 是一種無線廣域網技術，可遠距離連接低帶寬、電池供電的低比特率物聯網設備。構建 LPWAN 網絡有多種可能性，但 LoRaWAN 和 NB-IoT 技術增長最快，未來幾年將擁有最高的 LPWA 市場份額。
LoRaWAN 規定了網絡的通信協議和系統架構，而 LoRa 物理層允許長距離通信鏈路。協議和網絡架構對電池壽命、網絡容量、服務質量、安全性以及網絡提供的應用范圍影響最大。
LoRa 是一種無線電信號傳輸技術。本質上，它們是普通的 ISM 頻段無線電芯片，可以使用 LoRa（或其他調制類型，如 FSK）將無線電頻率轉換為比特，而無需編碼。 LoRa 技術是一種較低級別的物理層技術，用于廣域通信以外的各種應用。它的一些主要功能包括：:
- 多達數百萬個節點
- 電池壽命長；余下的十年
- 長距離（15-20 公里）
LoRaWAN 網絡架構
LoRaWAN 定義了通信協議和系統架構。 LoRa 物理層支持遠程通信鏈路。協議和網絡架構配對決定了節點的電池壽命、網絡容量、服務質量、安全性，以及網絡服務的各種應用。
LoRaWAN 擴頻調制方法是啁啾擴頻的一種變體。 LoRaWAN物理層可以與任何MAC層結合使用；然而，LoRa 是目前建議的 MAC，它以簡單的星形拓撲運行網絡。 Windows 在預定時間網關和信標用于同步終端設備的時間。具有最大接收槽的終端設備：因為這些節點一直在監聽，所以它們不適合電池供電的操作。在某些情況下，可以選擇帶有強大的網關設備的星型網絡。
在許多現有網絡中使用網狀網絡架構。網狀網絡中的各個端節點從其他節點傳輸信息，以擴展網絡的通信范圍和小區大小。雖然這提高了范圍，但它也增加了復雜性，限制了網絡容量，并縮短了電池壽命，因為節點接收和轉發可能與它們無關的其他節點的數據。當遠程連接成為可能時，遠程星型設計對于維持電池壽命最有意義。
LoRaWAN 網絡中的節點未鏈接到單個網關。相反，節點發送的數據通常是通過多個網關接收的。通過一些回程，每個網關將從終端節點接收到的數據包轉發到基于云的網絡服務器（蜂窩、以太網、衛星或 Wi-Fi）。
網絡服務器接收智能和復雜性并維護網絡、過濾接收到的冗余數據包、進行安全檢查、通過最佳網關調度確認以及執行自適應數據速率等。如果節點是移動的或移動的，則不需要從網關切換到網關，這是資產監控應用的一個重要特征——物聯網的重要目標應用領域。
電池效率和功耗
LoRaWAN 網絡上的電池壽命有望實現超長續航。它的節點是異步的，只有當它們有數據要廣播時才進行通信，無論是事件驅動的還是計劃的。 Aloha 技術就是這種交流方式的名稱。網狀網絡或蜂窩網絡等同步網絡中的節點必須經常“喚醒”以與網絡同步并檢查消息。這種同步會消耗大量能量，是電池壽命縮短的主要原因。在 GSMA 最近一項針對 LPWAN 市場的不同技術的研究和比較中，LoRaWAN 的表現優于所有其他技術替代品 3 到 5 倍。
容量
LoRaWAN 網絡上的網絡容量具有超常的可拓展性和靈活性。網關必須能夠接受來自大量節點的消息，才能使遠程星形網絡可運行。在 LoRaWAN 網絡中，通過在網關中使用自適應數據速率和多通道多調制解調器收發器來實現高網絡容量，從而允許在多個通道上同時發送消息。并發信道的數量、數據速率（空中時間）、有效載荷長度和節點廣播的頻率包括影響容量的所有重要因素。因為 LoRa? 是一種擴頻調制，所以當使用不同的擴頻因子時，信號幾乎相互正交。有效數據速率因擴頻因子而異。網關通過能夠在同一通道上同時接收多種數據速度來利用此特性。沒有必要讓具有良好鏈路且靠近網關的節點不斷利用最低數據速率并用完可用頻譜超過必要的時間。通過提高數據速率，可以減少在空中花費的時間，從而為其他節點提供更多潛在的廣播空間。自適應數據速率還可以延長節點電池的使用壽命。具有適當下行鏈路容量的對稱上行鏈路和下行鏈路對于自適應數據速率起作用是必要的。這些屬性允許 LoRaWAN 網絡具有高吞吐量，同時也使其具有可擴展性。可以用很少的設備建立網絡，如果需要容量，可以添加更多網關，從而提高數據速率，最大限度地減少對其他網關的竊聽，并將容量增加 6-8 倍。由于限制下行帶寬或使下行范圍不等于上行范圍的技術權衡，其他 LPWAN 選項缺乏 LoRaWAN 的可擴展性。
節點類
終端設備用于多種用途并具有不同的需求。 LoRa 使用多個設備類別來優化一系列終端應用程序特性。設備類在網絡下行鏈路通信延遲和電池壽命之間進行權衡。下行鏈路通信延遲在控制或執行器類型的應用中至關重要。
雙向終端設備（A 類）：A 類終端設備提供雙向通信，每個終端上行鏈路設備傳輸后跟兩個下行鏈路傳輸。下行鏈路接收窗口很短。終端設備調度的傳輸時隙基于其自身的通信需求，根據時間的隨機選擇基礎（ALOHA 類型的協議）略有差異。此 A 類程序使用最少的電量。終端設備系統，用于在終端設備向服務器下行鏈路進行上行鏈路傳輸后立即需要下行鏈路通信的應用程序。任何其他時間，來自服務器的消息都必須等到下一個計劃的上行鏈路。
具有計劃接收時隙的雙向終端設備（B 類）：除了 A 類的隨機接收窗口外，B 類設備在預定周期打開額外的接收窗口。終端設備從網關獲取時間同步信號，以便在規定時間打開其接收窗口。這會在終端設備正在偵聽時通知服務器。
雙向具有最大接收時隙的終端設備（C 類）：C 類終端設備實際上具有連續打開的接收窗口，這些窗口僅在發送時關閉
安全
任何 LPWAN 都必須集成安全性。 LoRaWAN 有兩個安全層：一層用于網絡，一層用于應用程序。網絡安全層確保網絡中的節點是合法的，而安全應用層確保網絡運營商無權訪問最終用戶的應用數據。密鑰交換采用 AES 加密和指定的標識。每種技術都有權衡取舍，但網絡設計、設備類別、安全性、容量可擴展性和移動性優化方面的 LoRa 特性涵蓋了最廣泛的物聯網應用。
LoRa 仍然是強大的玩家
總體而言，LoRa 無線電比典型的物聯網無線電具有更大的通信范圍，同時節能。此外，這些無線電具有迷人的特性，例如非侵入式傳輸。如前所述，LoRa 無線電可以部署在使用多種布局的更廣泛的網絡中。因此，LoRa 的解決方案是構建常見物聯網應用程序的有趣選擇。它提供了一個極具競爭力的解決方案，具有許多優勢，為充滿希望的未來鋪平了道路。
云里物里或將推出 LoRaWAN 技術的產品
隨著數字化浪潮與5G時代的到來，物聯網已成時代發展的不可或缺的一部分，而物聯網技術也愈發成熟和普及，多項物聯網技術與協議如百花齊放般蓬勃發展，物聯網已融合并應用于千行百業。
云里物里作為具有行業影響力的物聯網智能設備設計和制造商，始終堅持“讓每個物體接入物聯網”的企業使命，不斷開拓創新，致力于在新領域創造更多的可能性，融合自身成熟的無線連接通訊的基礎上，不斷研發和突破不同的無線通信技術來豐富產品線。
目前，云里物里已著手研發LoRa和藍牙融合的全新產品，將在不遠的未來面向市場，敬請期待。相信同時支持?LoRa?和藍牙技術的產品，必將提供前所未有的可能性，以及更豐富和更全面的場景應用，讓我們一起探索未來無限可能，共創精彩的物聯世界。
