LoRa：賦能智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型

　　如今處于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，無線通信技術(shù)也得以邁步發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的多種連接技術(shù)里，不僅需要速率和穩(wěn)定性更高的 5G 技術(shù)，也需要低功耗、遠(yuǎn)距離、大連接的 LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò))技術(shù)。

　　其中，LoRaWAN 以其獨(dú)特的靈活性脫穎而出，得到物聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)可。提到 LoRaWAN，就不得不提到 LoRa，LoRa 是 LoRaWan 的一個(gè)子集，屬于物理層的一種調(diào)制技術(shù)，采用線性調(diào)制擴(kuò)頻的方式，能顯著提高接收靈敏度，實(shí)現(xiàn)了比其它調(diào)制方式更遠(yuǎn)的通信距離。LoRa 作為 LPWAN 主流技術(shù)之一，正在賦能智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。

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

　　LoRa 的名字是遠(yuǎn)距離無線電(Long Range Radio)，作為一種線性調(diào)頻擴(kuò)頻的調(diào)制技術(shù)，最早由法國幾位年輕人創(chuàng)立的一家創(chuàng)業(yè)公司 Cycleo 推出，2012 年 Semtech 收購了這家公司，并將這一調(diào)制技術(shù)封裝到芯片中，基于 LoRa 技術(shù)開發(fā)出一整套 LoRa 通信芯片解決方案，包括用于網(wǎng)關(guān)和終端上不同款的 LoRa 芯片，開啟了 LoRa 芯片產(chǎn)品化之路。

　　不過，僅僅一個(gè)基于 LoRa 調(diào)制技術(shù)的收發(fā)芯片還遠(yuǎn)不足以撬動(dòng)廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場，在此后的發(fā)展歷程中，由于多家廠商發(fā)起的 LoRa 聯(lián)盟，以及推出不斷迭代的 LoRaWAN 規(guī)范，催生出一個(gè)全球數(shù)百家廠商支持的廣域組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，從而形成廣泛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

　　推動(dòng)這一生態(tài)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例等都是多個(gè)廠商共同參與的過程，這些也是形成目前龐大產(chǎn)業(yè)生態(tài)更為關(guān)鍵的元素，而它們并不屬于 Semtech 單個(gè)公司所有，比如 LoRaWAN 規(guī)范是一個(gè)全球多個(gè)廠商共同參與的開放標(biāo)準(zhǔn)，任何組織或個(gè)人都可以根據(jù)這一規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署。

　　相較于大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀拓樸，易于不斷擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，但缺點(diǎn)在于使用各種不相關(guān)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息，路由迂回，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和總功耗。LoRa 采用星狀拓樸(TMD 組網(wǎng)方式)，網(wǎng)關(guān)星狀連接終端節(jié)點(diǎn)，但終端節(jié)點(diǎn)并不綁定唯一網(wǎng)關(guān)，相反，終端節(jié)點(diǎn)的上行數(shù)據(jù)可發(fā)送給多個(gè)網(wǎng)關(guān)。理論上來說，用戶可以通過 Mesh、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者星形的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。

　　LoRa 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

　　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、915MHz 等。LoRa 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架由終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

　　LoRa 是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調(diào)制，相較于傳統(tǒng)的 FSK 技術(shù)以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術(shù)，LoRa 基于 CSS 調(diào)制技術(shù)(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同時(shí)極大地增加了通訊范圍，且 CSS 技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　此外，LoRa 技術(shù)不需要建設(shè)基站，一個(gè)網(wǎng)關(guān)便可控制較多設(shè)備，并且布網(wǎng)方式較為靈活，可大幅度降低建設(shè)成本。

　　LoRa 因其功耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合，因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計(jì)、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流等多個(gè)垂直行業(yè)，前景廣闊。

　　LoRa 的特性總結(jié)：

　　傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá) 2-5Km，郊區(qū)可達(dá) 15Km。 工作頻率：ISM 頻段包括 433、868、915MH 等。 標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802.15.4g。 調(diào)制方式：基于擴(kuò)頻技術(shù)，線性調(diào)制擴(kuò)頻(CSS)的一個(gè)變種，具有前向糾錯(cuò)(FEC)能力，semtech 公司私有專利技術(shù)。 容量：一個(gè) LoRa 網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個(gè) LoRa 節(jié)點(diǎn)。 電池壽命：長達(dá) 10 年。 安全：AES128 加密。 傳輸速率：幾百到幾十 Kbps，速率越低傳輸距離越長，這很像一個(gè)人挑東西，挑的多走不太遠(yuǎn)，少了可以走遠(yuǎn)。

　　LoRa 發(fā)展現(xiàn)狀

　　大約從 2014 年起，國內(nèi)首批企業(yè)開始研發(fā) LoRa 相關(guān)產(chǎn)品，至今經(jīng)過 5 年的時(shí)間，LoRa 已經(jīng)從一個(gè)小范圍使用的小無線技術(shù)成長為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無人不曉的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　去年年初，工信部無線電管理局發(fā)布《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求(征求意見稿)》的意見，其中提到了 470-510MHz 頻段的使用允許用于無線傳聲器，明確用于傳送聲音的無線電設(shè)備，而非數(shù)據(jù);同時(shí)強(qiáng)調(diào) “限單頻點(diǎn)使用，不能用于組網(wǎng)應(yīng)用”。一封針對(duì) LoRa 組網(wǎng)應(yīng)用的征求意見稿受到行業(yè)人士的廣泛關(guān)注，使得 LoRa 網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)的發(fā)展一度面臨困境。

　　最終，在產(chǎn)業(yè)各界人士的努力下，工信部的規(guī)定沒有明確指出不能組網(wǎng)，而是表示可以做局域網(wǎng)，對(duì)具體應(yīng)用也解除了限制，從而解決了 LoRa 在國內(nèi)發(fā)展的不確定性問題。另一方面，隨著幾大互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊、谷歌以及阿里相繼加入 LoRa 聯(lián)盟，為 LoRa 的生態(tài)圈引入了強(qiáng)援，一起應(yīng)對(duì) LoRa 發(fā)展過程中所面臨的難題。

　　科技巨頭紛紛入局 LoRa、加入 LoRa 聯(lián)盟，可以看出各企業(yè)都希望借助 LoRa 這個(gè)切入點(diǎn)來確立自身在物聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位。阿里和騰訊兩大互聯(lián)網(wǎng)巨頭將 LoRa 作為其物聯(lián)網(wǎng)布局的重要入口，主推的 LinkWAN 平臺(tái)和 TTN 平臺(tái)對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈上下游的帶動(dòng)作用非常明顯。另外，鐵塔、聯(lián)通以及廣電等群體也開始針對(duì) LoRa 產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，進(jìn)一步促進(jìn)其在各行業(yè)應(yīng)用的落地。

　　從目前的市場結(jié)構(gòu)看，國內(nèi)已有上千家企業(yè)參與到 LoRa 產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，呈現(xiàn)出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)共同參與的格局。國內(nèi)提供給 LoRa 發(fā)展的產(chǎn)業(yè)大環(huán)境不斷向好，LoRa 聯(lián)盟自身力量也在不斷壯大。

　　據(jù)資料了解，2018 年國內(nèi) LoRa 芯片出貨量達(dá)到數(shù)千萬片，其中，模組和表計(jì)廠商占據(jù)大部分采購份額，基站廠商采購量位居其次。除此之外，國內(nèi)還有大量分散的模組、終端廠商也會(huì)直接采購 LoRa 芯片，雖然都是小批量，但加起來規(guī)模還算可觀。

　　對(duì)于大部分模組、終端、系統(tǒng)和應(yīng)用廠商來說，它們對(duì)于各種技術(shù)是中立的，選擇何種技術(shù)路線大部分是一種純市場化行為。LoRa 芯片是支持整個(gè)產(chǎn)業(yè)的重要底層元器件，但整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的形成還要靠多種力量共同努力，這種力量在國內(nèi)已經(jīng)形成。LoRa 相關(guān)產(chǎn)品靈活性較強(qiáng)已成業(yè)界共識(shí)，不僅僅在于能夠在各種環(huán)境下自主部署網(wǎng)絡(luò)，還在于各類開發(fā)者能夠選擇多個(gè)平臺(tái)，快速得到開發(fā)支持。

　　近一年來，LoRa 在智慧城市、智能園區(qū)、智慧建筑、智慧安防等垂直領(lǐng)域也有了大量落地的行業(yè)應(yīng)用。