干貨：一篇文章帶你快速全面了解LoRa 物聯(lián)網(wǎng)

2017-04-01 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)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(jì)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(gè)低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)。

這兩種LPWAN技術(shù)都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點(diǎn),都適合低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,都在積極擴(kuò)建自己的生態(tài)系統(tǒng)。可是,這兩者之間到底有什么區(qū)別和不同?有什么重疊或不同的應(yīng)用范圍?兩者之間是你死我活的互相替代關(guān)系還是你有我無的互補(bǔ)關(guān)系?

接下來我們將會(huì)陸續(xù)推出廣域物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)專題文章,介紹LoRa和NB-IoT和兩種技術(shù)、各自生態(tài)以及對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比。

內(nèi)容描述。

LoRa:易于建設(shè)和部署的低功耗廣域物聯(lián)技術(shù)

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。

它使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),即保持了像FSK(頻移鍵控)調(diào)制相同的低功耗特性,又明顯地增加了通信距離,同時(shí)提高了網(wǎng)絡(luò)效率并消除了干擾,即不同擴(kuò)頻序列的終端即使使用相同的頻率同時(shí)發(fā)送也不會(huì)相互干擾,因此在此基礎(chǔ)上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),大大擴(kuò)展了系統(tǒng)容量。

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圖1

LoRa技術(shù)特點(diǎn)

線性擴(kuò)頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年,因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性,而LoRa是第一個(gè)用于商業(yè)用途的低成本實(shí)現(xiàn)。隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。這一技術(shù)改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式,提供一種簡單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統(tǒng)。

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、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、服務(wù)器和云四部分組成,應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸,如圖2所示。

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圖2

LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

LoRa的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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。

如圖2所示,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(gè)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(dòng)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(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(duì)距離的測量是基于信號(hào)的空中傳輸時(shí)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(duì)一點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的空中傳輸時(shí)間差的測量。其定位精度可達(dá)5m(假設(shè)10km的范圍)。

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,如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧城市、智慧社區(qū)等等應(yīng)用和領(lǐng)域。

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LoRa關(guān)鍵特性和優(yōu)勢

應(yīng)用:國外如火如荼,國內(nèi)略顯冷清

一種通訊技術(shù)要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化,除技術(shù)本身要有特定的優(yōu)勢外,還需要背后陣營強(qiáng)力支持,其中產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟就是一股強(qiáng)大的推動(dòng)力量,LoRa也不例外。

2015年3月LoRa聯(lián)盟宣布成立,這是一個(gè)開放的、非盈利性組織,其目的在于將LoRa推向全球,實(shí)現(xiàn)LoRa技術(shù)的商用。該聯(lián)盟由Semtech牽頭,發(fā)起成員還有法國Actility,中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業(yè),到目前為止,聯(lián)盟成員數(shù)量達(dá)330多家,其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級(jí)廠商。

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圖3

LoRa產(chǎn)業(yè)鏈中的廠家

LoRa的產(chǎn)業(yè)鏈中(包括終端硬件產(chǎn)商、芯片產(chǎn)商、模塊網(wǎng)關(guān)產(chǎn)商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商)的每一環(huán)均有大量的企業(yè),構(gòu)成了LoRa的完整生態(tài)系統(tǒng),促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。

目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署。據(jù)LoRa聯(lián)盟年初的數(shù)據(jù)是有9個(gè)國家開始建網(wǎng),56個(gè)國家開始進(jìn)行試點(diǎn);截至目前最新公布的數(shù)據(jù),已經(jīng)有17個(gè)國家公開宣布建網(wǎng)計(jì)劃,120多個(gè)城市地區(qū)有正在運(yùn)行的LoRa網(wǎng)絡(luò),如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等等國家,荷蘭、瑞士、韓國等更是部署或計(jì)劃部署覆蓋全國的LoRa網(wǎng)絡(luò)。

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圖4

法國電信運(yùn)營商Bouygues部署連接百萬設(shè)備量的LoRa網(wǎng)絡(luò)

LoRa技術(shù)在國外發(fā)展如火如荼。不過就國內(nèi)來看,LoRa的應(yīng)用似乎并不多,目前可看到的公開應(yīng)用是國內(nèi)AUGTEK公司在京杭大運(yùn)河開展的LoRa網(wǎng)絡(luò)建設(shè),據(jù)悉目前已經(jīng)完成江蘇段的全線覆蓋。

其實(shí)國內(nèi)從事LoRa模塊和方案開發(fā)的廠商并不少,除AUGTEK,還有洲斯物聯(lián)、思創(chuàng)匯連、普天通達(dá)、八月科技、NPLink、門思科技、利爾達(dá)、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、縱行科技、唯傳科技、三凡信息等等眾多公司。

LoRa易于建設(shè)和部署,得到越來越多國內(nèi)公司的關(guān)注和跟進(jìn)。例如深圳通感微電子有限公司成立了專門的項(xiàng)目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開發(fā)。

疑問:后起之秀NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡?

隨著今年6月份NB-IoT的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié),近來備受矚目的NB-IoT的規(guī)?；逃玫幕A(chǔ)終于落實(shí)。普遍認(rèn)為2017年將是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)商用的元年。

作為華為和眾多運(yùn)營商力推的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù),NB-IoT一經(jīng)推出就受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注,LoRa和NB-IoT之爭的話題不曾間斷。Nb-iot聯(lián)盟成員之一的沃達(dá)豐,其某位高管甚至公開表示了“NB-IoT將導(dǎo)致LoRa消亡”的觀點(diǎn)。

面對(duì)這樣一個(gè)有強(qiáng)勁后臺(tái)的后起之秀,LoRa真的會(huì)被其取代嗎?

劉文上認(rèn)為,從技術(shù)上看,兩者之間其實(shí)并沒有太大的優(yōu)劣式之分,從應(yīng)用范圍上來看,兩者其實(shí)很多都是一樣的。區(qū)別在于,NB-IOT采用的是運(yùn)營商統(tǒng)一部署覆蓋全國的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行收費(fèi)運(yùn)營的方式,而LoRa可以讓企業(yè)搭建屬于自己的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營。雖然NB-IoT受到了運(yùn)營商的強(qiáng)力支持,不過并不代表LoRa就會(huì)被輕易取代。

“LoRa相對(duì)NB-IoT的好處是已經(jīng)有成熟的商用,而NB-IoT才剛剛開始。LoRa和NB-IoT的應(yīng)用可能會(huì)有很多重疊,不過NB-IoT是由運(yùn)營商來主導(dǎo),要用到運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò),因此數(shù)據(jù)是先上到運(yùn)營商那里,許多企業(yè)或許不愿意把自己的數(shù)據(jù)給到別人,所以這些企業(yè)寧愿部署自己的私有物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),這時(shí)候用LoRa就很合適?！眲⑽纳险f道。

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NB-IoT與LoRa技術(shù)參數(shù)對(duì)比

上海雍敏信息科技股份有限公司董事長張敏也有同樣的觀點(diǎn),該公司目前也在為第三方開發(fā)LoRa方案。他認(rèn)為,其實(shí)LoRa和NB-IoT兩個(gè)都是目前最有發(fā)展前景的遠(yuǎn)距離通信技術(shù),并且他們?cè)诩夹g(shù)上來說并不是說哪個(gè)更好,哪個(gè)差些,最終誰發(fā)展得好,主要看背后的陣營的推動(dòng)力量以及國家的政策。

“兩者的應(yīng)用范圍其實(shí)也沒有太大區(qū)別,都是智能電表、水表抄表、智能農(nóng)業(yè)等低數(shù)據(jù)量的采集。說到智能電、水表的抄表,如果采用NB-IoT,需要用到電信運(yùn)營商的基站,但是水電氣的運(yùn)營商(電力公司、水務(wù)公司)不會(huì)把數(shù)據(jù)通過電信運(yùn)營商繞一圈在收回來,他們完全可以自己搭建網(wǎng)絡(luò),因?yàn)槠渲猩婕暗胶芏嗬娣峙鋯栴}?！睆埫粽f道,所以最終哪類技術(shù)會(huì)更勝一籌或占據(jù)大部分應(yīng)用目前還不好判斷。

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