摘要

LoRa是物联网低功耗广域无线网络的全新解决方案。 LoRa 芯片组将传感器连接到云端，实现实时数据和分析连接，可用于提高效率和生产。 LoRa 设备提供智能物联网应用，可解决地球上一些最紧迫的问题，包括能源管理、自然资源保护、污染控制和基础设施效率。例如，户外工业园区需要大规模连接时，将面临电缆布局问题。凭借 LoRaWAN 技术的优势，它具有以千米为单位的大覆盖区域，从而降低了电缆的密度以及简化物联网设备的部署。与其他网络相比，LoRaWAN 基础设施的成本非常低，终端设备的无线电成本也很低。 LoRaWan 可广泛应用于空气污染监测、农业加工、动物跟踪、火灾探测、车队跟踪、家庭安全和工业温度监测。

LoRaWAN 开放规范是基于 Semtech 的 LoRa 设备的低功耗广域网 (LPWAN) 标准，它利用工业、科学和医疗 (ISM) 频段中的未授权无线电波。 LoRa Alliance® 是一个非营利组织和快速发展的技术联盟，负责 LoRaWAN 标准的标准化和全球协调。 LoRaWAN 标准为蜂窝、Wi-Fi 和低功耗蓝牙 (Bluetooth Low Energy) 网络不符合标准的农村和室内用例中的实际问题提供了一种高效、灵活且具有成本效益的解决方案。 LoRa 设备和 LoRaWAN 标准在各种关键领域实现了广泛的应用，包括智能农业、建筑、城市、环境、医疗保健、住房、工业控制、供应链以及物流、公用事业、公共安全等。

什么是 LPWAN 以及它的速度？

LoRa™ 是一种用于 LPWAN 的射频调制技术，但在讨论 LoRa 是什么之前，我们需要先谈谈 LPWAN。 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network），也称为LPWA（Low-Power Wide-Area），或LPN（Low-Power Network，低功耗网络），是一种电池供电的传感器物联网无线网络，通信可以以低比特率长距离传输。低功率要求、低比特率和使用时间可用于区分 LPWAN 与无线 WAN，后者旨在连接企业或用户，传输更多数据但也消耗更多功率。 LPWAN 各通道的传输速率比较慢，比 Zigbee 和 NB-IoT 慢，在 0.3 kbit/s 到 50 kbit/s 之间。 LPWAN可用于构建私有无线传感器网络，但也可以是第三方提供的服务或基础设施，允许传感器所有者直接部署传感器，而无需投资网关设备建设。

什么是LoRa？

LoRa 是 Semtech 开发的一种 LPWAN 协议，提供远程通信：城市地区最远 3 英里（5 公里），农村地区 10 英里（15 公里）或更远（视线）。其他 LPWAN 协议包括 Sigfox 和 Weightless。 LoRa 基于源自啁啾扩频 (CSS) 技术的扩频调制技术。它最初由法国格勒诺布尔的 Cycleo 开发，后来被 LoRa 联盟的创始成员 Semtech 收购。与其他物联网网络相比，LoRa具有远距离、低数据速率、长电池寿命、低成本和高容量五个特点。基于 LoRa 的解决方案的一个关键特性是超低功耗要求，这允许创建可持续长达 10 年的电池供电设备。基于开放 LoRa 协议的网络部署在星型拓扑中，非常适合需要在许多低功耗设备和收集少量数据的设备之间进行远程或深度室内通信的应用。

LoRa的优势包括但不限于远距离、深室内覆盖、易于扩展的星型拓扑设计、长电池寿命、高容量、低成本、准确的室内外定位和加密安全。

关于LPWAN，LoRaWAN，LoRa三者之间的区别

LPWAN 是一种无线广域网技术，可远距离连接低带宽、电池供电的低比特率物联网设备。构建 LPWAN 网络有多种可能性，但 LoRaWAN 和 NB-IoT 技术增长最快，未来几年将拥有最高的 LPWA 市场份额。

LoRaWAN 规定了网络的通信协议和系统架构，而 LoRa 物理层允许长距离通信链路。协议和网络架构对电池寿命、网络容量、服务质量、安全性以及网络提供的应用范围影响最大。

LoRa 是一种无线电信号传输技术。本质上，它们是普通的 ISM 频段无线电芯片，可以使用 LoRa（或其他调制类型，如 FSK）将无线电频率转换为比特，而无需编码。 LoRa 技术是一种较低级别的物理层技术，用于广域通信以外的各种应用。它的一些主要功能包括：:

• 多达数百万个节点
• 电池寿命长；余下的十年
• 长距离（15-20 公里）

LoRaWAN 网络架构

LoRaWAN 定义了通信协议和系统架构。 LoRa 物理层支持远程通信链路。协议和网络架构配对决定了节点的电池寿命、网络容量、服务质量、安全性，以及网络服务的各种应用。

LoRaWAN 扩频调制方法是啁啾扩频的一种变体。 LoRaWAN物理层可以与任何MAC层结合使用；然而，LoRa 是目前建议的 MAC，它以简单的星形拓扑运行网络。 Windows 在预定时间网关和信标用于同步终端设备的时间。具有最大接收槽的终端设备：因为这些节点一直在监听，所以它们不适合电池供电的操作。在某些情况下，可以选择带有强大的网关设备的星型网络。

在许多现有网络中使用网状网络架构。网状网络中的各个端节点从其他节点传输信息，以扩展网络的通信范围和小区大小。虽然这提高了范围，但它也增加了复杂性，限制了网络容量，并缩短了电池寿命，因为节点接收和转发可能与它们无关的其他节点的数据。当远程连接成为可能时，远程星型设计对于维持电池寿命最有意义。

LoRaWAN 网络中的节点未链接到单个网关。相反，节点发送的数据通常是通过多个网关接收的。通过一些回程，每个网关将从终端节点接收到的数据包转发到基于云的网络服务器（蜂窝、以太网、卫星或 Wi-Fi）。

网络服务器接收智能和复杂性并维护网络、过滤接收到的冗余数据包、进行安全检查、通过最佳网关调度确认以及执行自适应数据速率等。如果节点是移动的或移动的，则不需要从网关切换到网关，这是资产监控应用的一个重要特征——物联网的重要目标应用领域。

电池效率和功耗

LoRaWAN 网络上的电池寿命有望实现超长续航。它的节点是异步的，只有当它们有数据要广播时才进行通信，无论是事件驱动的还是计划的。 Aloha 技术就是这种交流方式的名称。网状网络或蜂窝网络等同步网络中的节点必须经常“唤醒”以与网络同步并检查消息。这种同步会消耗大量能量，是电池寿命缩短的主要原因。在 GSMA 最近一项针对 LPWAN 市场的不同技术的研究和比较中，LoRaWAN 的表现优于所有其他技术替代品 3 到 5 倍。

容量

LoRaWAN 网络上的网络容量具有超常的可拓展性和灵活性。网关必须能够接受来自大量节点的消息，才能使远程星形网络可运行。在 LoRaWAN 网络中，通过在网关中使用自适应数据速率和多通道多调制解调器收发器来实现高网络容量，从而允许在多个通道上同时发送消息。并发信道的数量、数据速率（空中时间）、有效载荷长度和节点广播的频率包括影响容量的所有重要因素。因为 LoRa® 是一种扩频调制，所以当使用不同的扩频因子时，信号几乎相互正交。有效数据速率因扩频因子而异。网关通过能够在同一通道上同时接收多种数据速度来利用此特性。没有必要让具有良好链路且靠近网关的节点不断利用最低数据速率并用完可用频谱超过必要的时间。通过提高数据速率，可以减少在空中花费的时间，从而为其他节点提供更多潜在的广播空间。自适应数据速率还可以延长节点电池的使用寿命。具有适当下行链路容量的对称上行链路和下行链路对于自适应数据速率起作用是必要的。这些属性允许 LoRaWAN 网络具有高吞吐量，同时也使其具有可扩展性。可以用很少的设备建立网络，如果需要容量，可以添加更多网关，从而提高数据速率，最大限度地减少对其他网关的窃听，并将容量增加 6-8 倍。由于限制下行带宽或使下行范围不等于上行范围的技术权衡，其他 LPWAN 选项缺乏 LoRaWAN 的可扩展性。

节点类

终端设备用于多种用途并具有不同的需求。 LoRa 使用多个设备类别来优化一系列终端应用程序特性。设备类在网络下行链路通信延迟和电池寿命之间进行权衡。下行链路通信延迟在控制或执行器类型的应用中至关重要。

双向终端设备（A 类）：A 类终端设备提供双向通信，每个终端上行链路设备传输后跟两个下行链路传输。下行链路接收窗口很短。终端设备调度的传输时隙基于其自身的通信需求，根据时间的随机选择基础（ALOHA 类型的协议）略有差异。此 A 类程序使用最少的电量。终端设备系统，用于在终端设备向服务器下行链路进行上行链路传输后立即需要下行链路通信的应用程序。任何其他时间，来自服务器的消息都必须等到下一个计划的上行链路。

具有计划接收时隙的双向终端设备（B 类）：除了 A 类的随机接收窗口外，B 类设备在预定周期打开额外的接收窗口。终端设备从网关获取时间同步信号，以便在规定时间打开其接收窗口。这会在终端设备正在侦听时通知服务器。

双向具有最大接收时隙的终端设备（C 类）：C 类终端设备实际上具有连续打开的接收窗口，这些窗口仅在发送时关闭

安全

任何 LPWAN 都必须集成安全性。 LoRaWAN 有两个安全层：一层用于网络，一层用于应用程序。网络安全层确保网络中的节点是合法的，而安全应用层确保网络运营商无权访问最终用户的应用数据。密钥交换采用 AES 加密和指定的标识。每种技术都有权衡取舍，但网络设计、设备类别、安全性、容量可扩展性和移动性优化方面的 LoRa 特性涵盖了最广泛的物联网应用。

LoRa 仍然是强大的玩家

总体而言，LoRa 无线电比典型的物联网无线电具有更大的通信范围，同时节能。此外，这些无线电具有迷人的特性，例如非侵入式传输。如前所述，LoRa 无线电可以部署在使用多种布局的更广泛的网络中。因此，LoRa 的解决方案是构建常见物联网应用程序的有趣选择。它提供了一个极具竞争力的解决方案，具有许多优势，为充满希望的未来铺平了道路。

云里物里或将推出 LoRaWAN 技术的产品

随着数字化浪潮与5G时代的到来，物联网已成时代发展的不可或缺的一部分，而物联网技术也愈发成熟和普及，多项物联网技术与协议如百花齐放般蓬勃发展，物联网已融合并应用于千行百业。
云里物里作为具有行业影响力的物联网智能设备设计和制造商，始终坚持“让每个物体接入物联网”的企业使命，不断开拓创新，致力于在新领域创造更多的可能性，融合自身成熟的无线连接通讯的基础上，不断研发和突破不同的无线通信技术来丰富产品线。

目前，云里物里已着手研发LoRa和蓝牙融合的全新产品，将在不远的未来面向市场，敬请期待。相信同时支持 LoRa 和蓝牙技术的产品，必将提供前所未有的可能性，以及更丰富和更全面的场景应用，让我们一起探索未来无限可能，共创精彩的物联世界。