LoRa技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及與NB-IoT的對(duì)比資料下載

由于耗電和成本等方面的問題，業(yè)界預(yù)測到2020年物聯(lián)網(wǎng)（IOT）500億個(gè)無線節(jié)點(diǎn)中只有不到10%的使用GSM技術(shù)。盡管電信運(yùn)營商具有建設(shè)和管理這樣一個(gè)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的最突出的優(yōu)勢(shì)，但是需要一個(gè)遠(yuǎn)距離，大容量的系統(tǒng)以鞏固在依靠電池供電的無線終端細(xì)分市場——無線傳感網(wǎng)、智能城市、智能電網(wǎng)、智能家居、安防設(shè)備和工業(yè)控制等方面的地位。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，只有使用一種廣泛的技術(shù)，才可能使得電池供電的無線節(jié)點(diǎn)數(shù)量達(dá)到預(yù)計(jì)的規(guī)模。 LoRa 作為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）的一種長距離通信技術(shù)，近些年受到越來越多的關(guān)注。 LoRa技術(shù) LoRa 是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線傳輸方案。 是物理層或無線調(diào)制用于建立長距離通信鏈路。許多傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)使用頻移鍵控（FSK）調(diào)制作為物理層，因?yàn)樗且环N實(shí)現(xiàn)低功耗的非常有效的調(diào)制。 LoRa 是基于線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制，它保持了像 FSK 調(diào)制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。 LoRa 技術(shù)本身擁有超高的接收靈敏度（RSSI）和超強(qiáng)信噪比（SNR） 。此外使用跳頻技術(shù)，通過偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜，防止定頻干擾。 目前，LoRa 主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433、868、915 MHz等。 LoRa的最大特點(diǎn)就是： 傳輸距離遠(yuǎn) 工作功耗低 組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多 LoRa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)來自其他節(jié)點(diǎn)的可能與其不相關(guān)的信息。 當(dāng)實(shí)現(xiàn)長距離連接時(shí)， 長距離星型架構(gòu)最有意義的是保護(hù)了電池壽命。 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） ，那么在高建筑密集的城市環(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。該網(wǎng)關(guān)/集中器還包含 MAC 層協(xié)議，對(duì)于高層它是透明的。 LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（或稱基站）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。 LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設(shè)備和后端中央服務(wù)器。終端設(shè)備采用單跳與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)通信。所有的節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)間均是雙向通信。 LoRa終端設(shè)備 LoRa的終端節(jié)點(diǎn)可能是各種設(shè)備，比如水表氣表、煙霧報(bào)警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點(diǎn)通過LoRa無線通信首先與LoRa網(wǎng)關(guān)連接，再通過3G網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間通過TCP/IP協(xié)議通信。 LoRa網(wǎng)絡(luò)將終端設(shè)備劃分成A/B/C三類： Class A：雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備允許雙向通信，每一個(gè)終端設(shè)備上行傳輸會(huì)伴隨著兩個(gè)下行接收窗口。終端設(shè)備的傳輸時(shí)隙是基于其自身通信需求，其微調(diào)基于ALOHA協(xié)議。 Class A設(shè)備的功耗最低，基站下行通信只能在終端上行通信之后 Class B：具有預(yù)設(shè)接收時(shí)隙的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備會(huì)在預(yù)設(shè)時(shí)間中開放多余的接收窗口，為了達(dá)到這一目的，終端設(shè)備會(huì)同步從網(wǎng)關(guān)接收一個(gè)Beacon，通過Beacon將基站與模塊的時(shí)間進(jìn)行同步。 Class B終端可以使基站知道終端正在接收數(shù)據(jù) Class C：具有最大接收窗口的雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備持續(xù)開放接收窗口，只在傳輸時(shí)關(guān)閉。 Class C設(shè)備擁有最長的接收窗口，也最耗電 LoRa聯(lián)盟 LoRa聯(lián)盟是2015年3月Semtech牽頭成立的一個(gè)開放的、非盈利的組織，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)。不到一年時(shí)間，聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)展成員公司150余家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級(jí)產(chǎn)商。 產(chǎn)業(yè)鏈（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）中的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，這種技術(shù)的開放性，競爭與合作的充分性都促使了LoRa的快速發(fā)展與生態(tài)繁盛。 LoRaWAN協(xié)議 LoRaWAN是 LoRa聯(lián)盟推出的一個(gè)基于開源的MAC層協(xié)議的低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network, LPWAN）標(biāo)準(zhǔn)。這一技術(shù)可以為電池供電的無線設(shè)備提供局域、全國或全球的網(wǎng)絡(luò)。LoRaWAN瞄準(zhǔn)的是物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求，如安全雙向通訊、移動(dòng)通訊和靜態(tài)位置識(shí)別等服務(wù)。該技術(shù)無需本地復(fù)雜配置，就可以讓智能設(shè)備間實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接互操作，給物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的用戶、開發(fā)者和企業(yè)自由操作權(quán)限。 LoRa 對(duì)比 NB-IoT 我們?cè)谥暗奈恼轮薪榻B過NB-IoT，同時(shí)作為物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)，NB-IoT和LoRa兩種技術(shù)具有不同的技術(shù)和商業(yè)特性，所以在應(yīng)用場景方面會(huì)有不同。 目前從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，已經(jīng)形成了由芯片、模組、終端、通訊設(shè)備、平臺(tái)、運(yùn)營商和應(yīng)用這七大環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，將NB-IoT和LoRa做下對(duì)比： 頻段，服務(wù)質(zhì)量和成本 LoRa工作在1GHz以下的非授權(quán)頻段，故在應(yīng)用時(shí)不需要額外付費(fèi)。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權(quán)頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對(duì)于遠(yuǎn)距離通信是最優(yōu)的選擇，因?yàn)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>天線的實(shí)際尺寸和效率是具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的。 LoRaWAN使用免費(fèi)的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對(duì)于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa 和 LoRaWAN 協(xié)議，在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重疊、可伸縮性等方面具有獨(dú)特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量（QoS）。 據(jù)悉授權(quán)的Sub-GHz頻段的競拍，每MHz價(jià)格超過5億美金。蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT出于對(duì)服務(wù)質(zhì)量（QoS）的考慮，并不能提供類似LoRa一樣的電池壽命。由于QoS和高昂的頻段使用費(fèi)，需要確保QoS的應(yīng)用場景推薦使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT，而低成本和大量連接是首選項(xiàng)的話LoRa是不錯(cuò)的選擇，如下圖。