LoRa產(chǎn)業(yè)在最近1年左右的時(shí)間經(jīng)歷了大起大伏，先是在去年年底的時(shí)候工信部一紙關(guān)于頻譜監(jiān)管的政策在行業(yè)內(nèi)掀起了軒然大波，也讓LoRa產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蒙上的陰影，但是隨著政策風(fēng)向的改變以及以阿里、騰訊、聯(lián)通等行業(yè)巨頭入局LoRa產(chǎn)業(yè)之后，整個(gè)LoRa產(chǎn)業(yè)又煥然一新，迎來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。相比于LoRa技術(shù)，LoRaWAN在因?yàn)榫哂袠?biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，能夠進(jìn)行大規(guī)模的組網(wǎng)，因而更具潛力。

　　1 LoRaWAN和LoRa的區(qū)別

　　很多人很容易將LoRa與LoRaWAN技術(shù)弄混淆，其實(shí)兩者是有很大的區(qū)別，簡(jiǎn)單地說(shuō)，LoRa是一種擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，屬于物理層協(xié)議，相比于傳統(tǒng)的FSK調(diào)制技術(shù)，靈敏度增加的8-10個(gè)db，其靈敏度更加的接近香農(nóng)定理的理論極限值。

　　而LoRaWAN指的是MAC層的組網(wǎng)協(xié)議。雖然現(xiàn)有的LoRaWAN組網(wǎng)基本上都使用LoRa作為物理層，但是LoRaWAN的協(xié)議也列出了在某些頻段也可以使用GFSK作為物理層。從網(wǎng)絡(luò)分層的角度來(lái)講，LoRaWAN可以使用任何物理層的協(xié)議，LoRa也可以作為其他組網(wǎng)技術(shù)的物理層。事實(shí)上有幾種與LoRaWAN競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)在物理層也采用了LoRa。相比于LoRa技術(shù)主要是有Semtech負(fù)責(zé)供應(yīng)之外，LoRaWAN是由LoRa聯(lián)盟維護(hù)。

　　(LoRa與LoRaWAN對(duì)比)

　　2 LoRaWAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　LoRaLAN是一種經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的、適用于復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它在時(shí)間上(時(shí)分多址TDMA)、頻率上(TSCH)和空間上(星型組網(wǎng))的綜合優(yōu)勢(shì)，使這個(gè)簡(jiǎn)潔但又有效的協(xié)議具有嵌入式的自組織和自愈能力，大大降低了網(wǎng)絡(luò)部署的復(fù)雜性，確保了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有長(zhǎng)期可預(yù)期的穩(wěn)定性能。

　　LoRaLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下：

　　如上圖所示，LoRaLAN網(wǎng)絡(luò)包括三類網(wǎng)元：終端、基站和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是基站和終端入網(wǎng)的統(tǒng)一LoRaLAN網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，可以獨(dú)立本地部署，也可以基于云端部署。

　　LoRaLAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次如下：

　　LoRaWAN采用了Semtech公司開發(fā)的擴(kuò)頻技術(shù)，工作在sub-1GHz頻段，歐洲 868MHz，北美：915MHz，中國(guó):433Mhz，470-510MHz。LoRaWAN的傳輸數(shù)據(jù)速率在 300bps - 50kbps。安全方面采用了128位的AES加密。

　　許多現(xiàn)有部署的網(wǎng)絡(luò)采用了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，個(gè)別終端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的信息，以增加網(wǎng)絡(luò)的通信距離和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復(fù)雜性，降低了網(wǎng)絡(luò)容量，并降低了電池壽命，因節(jié)點(diǎn)接受和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的可能與其不相關(guān)的信息。當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接時(shí)，星型架構(gòu)最有意義的是保證了電池壽命。下面總結(jié)了一些LoRaWAN的主要技術(shù)特點(diǎn)。

　　廣覆蓋抗干擾：基于 2.4G LoRa 采用的Chirp調(diào)制技術(shù)，保證一定帶寬的前提下，有效距離可達(dá)800米(SF7)。

　　時(shí)分多址接入：LoRaLAN參考802.15.4BE模式，采用TDMA接入方式，結(jié)合動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，極大提高實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，減少了包碰撞率，提升了系統(tǒng)容量。

　　低功耗：基于2.4G LoRa的物理層實(shí)現(xiàn)，RX和TX的功耗顯著低于Zigbee、Wireless HART;休眠電流只有200nA級(jí)別。

　　雙工通信動(dòng)態(tài)調(diào)度：基站作為空口時(shí)間和頻率資源的中心分配節(jié)點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，能實(shí)時(shí)地響應(yīng)上行和下行數(shù)據(jù)傳輸需求，最大化空口資源利用率。

　　QoS保障機(jī)制：支持消息“可靠/非可靠、優(yōu)先/非優(yōu)先”4個(gè)QoS標(biāo)簽。對(duì)于可靠消息，LoRaLAN設(shè)計(jì)了上下行雙向ACK機(jī)制，確保上行和下行消息都能傳遞成功。優(yōu)先/非優(yōu)先標(biāo)簽允許將資源優(yōu)先分配給更重要的消息，比如上行的告警消息，下行的控制消息等。

　　分片與重組：LoRaLAN在鏈路層設(shè)計(jì)了消息分片和重組能力，不僅簡(jiǎn)化了應(yīng)用層設(shè)計(jì)，而且處理大消息傳輸時(shí)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在應(yīng)用層進(jìn)行類似工作的效率。

　　閉環(huán)功控：基站根據(jù)上行數(shù)據(jù)攜帶的SNR和RSSI可以快速調(diào)整終端的發(fā)射功率，進(jìn)一步降低終端功耗。

　　時(shí)隙同步和信道跳頻：實(shí)現(xiàn)了TSCH協(xié)議，保證基站和終端時(shí)隙同步的同時(shí)，通過(guò)信道跳頻提高抗干擾能力，適應(yīng)工業(yè)場(chǎng)景復(fù)雜的電磁環(huán)境。

　　支持A/C類設(shè)備：LoRaLAN在資源調(diào)度上繼續(xù)保留LoRaWAN A/C類設(shè)備支持。

　　安全保障：升級(jí)了LoRaWAN的加密方案，采用基于AES128 CBC的加密技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)密性和完整性保護(hù)，支持動(dòng)態(tài)密鑰協(xié)商。

　　4網(wǎng)絡(luò)部署情況

　　目前LoRa聯(lián)盟已有500多個(gè)成員，在100多個(gè)國(guó)家提供服務(wù)，58加聯(lián)盟成員運(yùn)營(yíng)商在41個(gè)國(guó)家運(yùn)營(yíng)，67家公共網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。其全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況如下圖所示：

　　5 LoRaWAN的應(yīng)用

　　LoRaWAN的技術(shù)特點(diǎn)非常適用于企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面

　　?抄表(如：電表、氣表、水表)

　　農(nóng)業(yè)(可用用于灌溉控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、動(dòng)物跟蹤等)

　　追蹤(如：摩托車、自行車、汽車、集裝箱、兒童、寵物、貴重物品的追蹤)

　　智能電網(wǎng)(可用于：故障管理、電纜防盜、測(cè)量)

　　可穿戴和健康設(shè)備(如：醫(yī)療穿戴設(shè)備、可連接手環(huán)、狀態(tài)監(jiān)控、可連接衣服)

　　工業(yè)領(lǐng)域(如:地震感知、雪崩和洪水、加熱和交流電、設(shè)備狀態(tài)、森林火災(zāi)、空氣污染、工人健康檢測(cè)等)

　　智能城市(可用于管理街燈、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、垃圾監(jiān)控、廣告投放、智能停車、自動(dòng)售貨機(jī)等)

　　互聯(lián)家庭(煙霧檢測(cè)、安防系統(tǒng)、智能家電、供暖、控制和監(jiān)測(cè))

　　車載通信(交通信息、交通燈、車輛狀態(tài))

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