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想快速全面了解LoRa?看這篇就夠了!

時間:2016-08-02 13:48來源:未知 點擊:
引言
 
LoRa與NB-IoT是最有發展前景的兩個低功耗廣域網通信技術。不過兩者之間到底有什么區別和不同?誰又將更勝一籌占領LPWAN制高點?
 
物聯網的快速發展對無線通信技術提出了更高的要求,專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯網應用而設計的LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網)也快速興起。NB-IoT與LoRa是其中的典型代表,也是最有發展前景的兩個低功耗廣域網通信技術。
 
這兩種LPWAN技術都有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少等特點,都適合低功耗物聯網應用,都在積極擴建自己的生態系統。可是,
 
這兩者之間到底有什么區別和不同?
 
有什么重疊或不同的應用范圍?
 
兩者之間是你死我活的互相替代關系
 
還是你有我無的互補關系?
 
這也是《智慧產品圈》(微信號:pieeco)試圖弄清楚的問題,接下來我們將會陸續推出廣域物聯網通信技術專題文章,介紹LoRa和NB-IoT和兩種技術、各自生態以及對兩者進行對比。
 
LoRa:易于建設和部署的低功耗廣域物聯技術
 
LoRa的誕生比NB-IoT要早些,2013年8月,Semtech公司向業界發布了一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗數據傳輸技術(Long Range,簡稱LoRa)的芯片。其接受靈敏度達到了驚人的-148dbm,與業界其他先進水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收靈敏度改善了20db以上,這確保了網絡連接可靠性。
 
它使用線性調頻擴頻調制技術,即保持了像FSK(頻移鍵控)調制相同的低功耗特性,又明顯地增加了通信距離,同時提高了網絡效率并消除了干擾,即不同擴頻序列的終端即使使用相同的頻率同時發送也不會相互干擾,因此在此基礎上研發的集中器/網關(Concentrator/Gateway)能夠并行接收并處理多個節點的數據,大大擴展了系統容量。

 
LoRa技術特點
圖1:LoRa技術特點
 
線性擴頻已在軍事和空間通信領域使用了數十年,因為其可以實現長通信距離和干擾的魯棒性,而LoRa是第一個用于商業用途的低成本實現。隨著LoRa的引入,嵌入式無線通信領域的局面發生了徹底的改變。這一技術改變了以往關于傳輸距離與功耗的折衷考慮方式,提供一種簡單的能實現遠距離、長電池壽命、大容量、低成本的通訊系統。
 
LoRa主要在全球免費頻段運行(即非授權頻段),包括433、868、915 MHz等。LoRa網絡主要由終端(內置LoRa模塊)、網關(或稱基站)、服務器和云四部分組成,應用數據可雙向傳輸。如圖2所示。

 
圖2:LoRa網絡架構
 
LoRa的優勢主要體現在以下幾個方面:
 
1---大大的改善了接收的靈敏度,降低了功耗
 
高達157db的鏈路預算使其通信距離可達15公里(與環境有關)。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---基于該技術的網關/集中器支持多信道多數據速率的并行處理,系統容量大。
 
如圖2所示,網關是節點與IP網絡之間的橋梁(通過2G/3G/4G或者Ethernet)。每個網關每天可以處理500萬次各節點之間的通信(假設每次發送10Bytes,網絡占用率10%)。如果把網關安裝在現有移動通信基站的位置,發射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市環境可以覆蓋2公里左右,而在密度較低的郊區,覆蓋范圍可達10公里。
 
3---基于終端和集中器/網關的系統可以支持測距和定位。
 
LoRa對距離的測量是基于信號的空中傳輸時間而非傳統的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位則基于多點(網關)對一點(節點)的空中傳輸時間差的測量。其定位精度可達5m(假設10km的范圍)。
 
這些關鍵特征使得 LoRa技術非常適用于要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯網應用,如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等等應用和領域。
 
表:LoRa關鍵特性和優勢
 
關鍵特征優勢 157db鏈路預算遠距離距離>15km 最小的基礎設施成本易于建設和部署使用網關/集中器擴展系統容量電池壽命>10年延長電池壽命接收電流10mA,休眠電流<200nA 免牌照的頻段低成本基礎設施成本低節點/終端成本低
 
應用:國外如火如荼,國內略顯冷清
 
一種通訊技術要實現大規模商業化,除技術本身要有特定的優勢外,還需要背后陣營強力支持,其中產業聯盟就是一股強大的推動力量,LoRa也不例外。
 
2015年3月LoRa聯盟宣布成立,這是一個開放的、非盈利性組織,其目的在于將LoRa推向全球,實現LoRa技術的商用。該聯盟由Semtech牽頭,發起成員還有法國Actility,中國AUGTEK和荷蘭皇家電信KPN等企業,到目前為止,聯盟成員數量達330多家,其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級廠商。
 
LoRa的產業鏈中(包括終端硬件產商、芯片產商、模塊網關產商、軟件廠商、系統集成商、網絡運營商)的每一環均有大量的企業,構成了LoRa的完整生態系統,促使了LoRa的快速發展與生態繁盛。

 
 
圖3:LoRa產業鏈中的廠家
 
目前LoRa網絡已經在世界多地進行試點或部署。據LoRa聯盟年初的數據是有9個國家開始建網,56個國家開始進行試點;截至目前最新公布的數據,已經有17個國家公開宣布建網計劃,120多個城市地區有正在運行的LoRa網絡,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劃部署覆蓋全國的LoRa網絡。
 

 
圖4:法國電信運營商Bouygues部署連接百萬設備量的LoRa網絡
 
LoRa技術在國外發展如火如荼。不過就國內來看,LoRa的應用似乎并不多,目前可看到的公開應用是國內AUGTEK公司在京杭大運河開展的LoRa網絡建設,據悉目前已經完成江蘇段的全線覆蓋。
 
其實國內從事LoRa模塊和方案開發的廠商并不少,除AUGTEK,還有洲斯物聯、思創匯連、普天通達、八月科技、NPLink、門思科技、利爾達、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易于建設和部署,得到越來越多國內公司的關注和跟進。例如深圳通感微電子有限公司成立了專門的項目組從事LoRa模塊、網關和整體方案的開發。據該公司副總經理劉文上介紹,通感微做了不少相關LoRa的項目,例如可實時顯示停車位分布狀況的停車場監控系統(圖5)、實現無線土壤檢測的智能農業系統(圖6)、防止盜獵的南非Kruger國家公園犀牛保護項目(圖7)等。
 
這些項目的部署時間都非常快,例如上述的停車監控系統,覆蓋面積10km*10km,部署了6個LoRa網關,支持終端規模3000個,部署時間僅需兩周。不過這些項目都是為國外而開發的,劉文上表示他們今年才在國內開展一些項目。
 

 
圖5:成功案例-停車場監控
 

 
圖6:成功案例-智能農業
 

 
圖7:成功案例-犀牛保護項目
 
疑問:后起之秀NB-IoT將導致LoRa消亡?
 
隨著今年6月份NB-IoT的標準凍結,近來備受矚目的NB-IoT的規模化商用的基礎終于落實。普遍認為2017年將是NB-IoT網絡商用的元年。
 
作為華為和眾多運營商力推的低功耗廣域網技術,NB-IoT一經推出就受到了業內的廣泛關注,LoRa和NB-IoT之爭的話題不曾間斷。Nb-iot聯盟成員之一的沃達豐,其某位高管甚至公開表示了“NB-IoT將導致LoRa消亡”的觀點。
 
面對這樣一個有強勁后臺的后起之秀,LoRa真的會被其取代嗎?
 
劉文上認為,從技術上看,兩者之間其實并沒有太大的優劣式之分,從應用范圍上來看,兩者其實很多都是一樣的。區別在于,NB-IOT采用的是運營商統一部署覆蓋全國的網絡進行收費運營的方式,而LoRa可以讓企業搭建屬于自己的網絡實現業務運營。雖然NB-IoT受到了運營商的強力支持,不過并不代表LoRa就會被輕易取代。
 
“LoRa相對NB-IoT的好處是已經有成熟的商用,而NB-IoT才剛剛開始。LoRa和NB-IoT的應用可能會有很多重疊,不過NB-IoT是由運營商來主導,要用到運營商的網絡,因此數據是先上到運營商那里,許多企業或許不愿意把自己的數據給到別人,所以這些企業寧愿部署自己的私有物聯網絡,這時候用LoRa就很合適。”劉文上說道。
 
表:NB-IoT與LoRa技術參數對比
 
 
Nb-IoT LoRa 技術特點蜂窩線性擴頻網絡部署與現有蜂窩基站復用獨立建網頻段運營商頻段  150 MHz 到 1 GHz 傳輸距離遠距離遠距離(1-20km)速率 <100kbps 0.3-50kbps 連接數量 200k/cell 200k-300k/hub 終端電池工作時間約10年約10年成本模塊5-10$ 模塊約5$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,該公司目前也在為第三方開發LoRa方案。他認為,其實LoRa和NB-IoT兩個都是目前最有發展前景的遠距離通信技術,并且他們在技術上來說并不是說哪個更好,哪個差些,
 
最終誰發展得好,主要看背后的陣營的推動力量以及國家的政策。
 
“兩者的應用范圍其實也沒有太大區別,都是智能電表、水表抄表、智能農業等低數據量的采集。說到智能電、水表的抄表,如果采用NB-IoT,需要用到電信運營商的基站,但是水電氣的運營商(電力公司、水務公司)不會把數據通過電信運營商繞一圈在收回來,他們完全可以自己搭建網絡,因為其中涉及到很多利益分配問題。”張敏說道,所以最終哪類技術會更勝一籌或占據大部分應用目前還不好判斷。
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