LoRa和LoRaWAN的區(qū)別分析

什么是LoRa？ LoRa是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的事實(shí)上的無(wú)線平臺(tái)。Semtech的LoRa芯片組將傳感器連接到云，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和分析的實(shí)時(shí)通信，可用于提高效率和生產(chǎn)力。LoRa設(shè)備支持智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，解決地球面臨的一些最大挑戰(zhàn)：能源管理、自然資源減少、污染控制和基礎(chǔ)設(shè)施效率。

什么是LoRaWAN？ LoRaWAN開放規(guī)范是一種基于Semtech的LoRa設(shè)備的低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）標(biāo)準(zhǔn)，利用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段中的未授權(quán)無(wú)線電頻譜。該LORAAlliance合作，一個(gè)非營(yíng)利性協(xié)會(huì)和快速增長(zhǎng)的技術(shù)聯(lián)盟，推動(dòng)規(guī)范化和LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)全球統(tǒng)一。

業(yè)界預(yù)測(cè)到2020年物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)達(dá)到500億個(gè)，由于耗電和成本等方面的問(wèn)題，無(wú)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(yíng)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(wú)線終端細(xì)分市場(chǎng)——無(wú)線傳感網(wǎng)、智能城市、智能電網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)、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(lái)說(shuō)，只有使用一種廣泛的技術(shù)，才可能使得電池供電的無(wú)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(zhǎng)距離通信技術(shù)，近些年受到越來(lái)越多的關(guān)注。

LoRa是LPWAN通信技術(shù)中的一種，是美國(guó)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(wú)線傳輸方案。這一方案改變了以往關(guān)于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，為用戶提供一種簡(jiǎn)單的能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)電池壽命、節(jié)點(diǎn)容量大的系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)展傳感網(wǎng)絡(luò)。目前，LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行，包括433MHz.868MHz.915MHz等。

LoRa技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、窄帶低功耗（電池壽命長(zhǎng)）、多節(jié)點(diǎn)、低成本的特性，適合各種政府網(wǎng)、專網(wǎng)、專業(yè)網(wǎng)、個(gè)人網(wǎng)等各種應(yīng)用靈活部署。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端（可內(nèi)置LoRa模塊）、網(wǎng)關(guān)（基站）、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器四部分組成，如圖3-16所示。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個(gè)主要參數(shù)。傳輸速率的選擇將影響電池壽命；工作頻段的選擇要折中考慮頻段和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；而在FSK系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇將影響傳輸距離和系統(tǒng)需要的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。LoRa融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，性能較好。

前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程中注入的錯(cuò)誤碼元在接收端就會(huì)被及時(shí)糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建“自修復(fù)”數(shù)據(jù)包來(lái)重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來(lái)且注入前向糾錯(cuò)編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字?jǐn)U頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個(gè)“擴(kuò)展器”中，將每一比特時(shí)間劃分為眾多碼片。LoRa抗噪聲能力強(qiáng)。

LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為64?4096碼片/比特，最高可使用4096碼片/比特中的最高擴(kuò)頻因子。相對(duì)而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10?12碼片/比特。通過(guò)使用高擴(kuò)頻因子，LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過(guò)大范圍的無(wú)線電頻譜傳輸出去。擴(kuò)頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪聲中提取出來(lái)。在…個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）若要可靠地解調(diào)出信號(hào)，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa解調(diào)一個(gè)信號(hào)所需信噪比為一20dB，GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB，這相當(dāng)于范圍和距離擴(kuò)大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以實(shí)現(xiàn)2倍于原來(lái)的傳輸距離。

物聯(lián)網(wǎng)采用LoRa技術(shù)，才能夠以低發(fā)射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，而這種低功耗廣域技術(shù)方向正是未來(lái)降低物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)所必需的。

帶寬與范圍 LoRaWAN適用于長(zhǎng)距離傳輸小尺寸有效載荷（如傳感器數(shù)據(jù)）。與其他競(jìng)爭(zhēng)性無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相比，LoRa調(diào)制以低帶寬提供了更大的通信范圍。下圖顯示了一些可用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕尤爰夹g(shù)及其預(yù)期傳輸范圍與帶寬的關(guān)系。

為什么LoRaWAN這么好？ 超低功耗-LoRaWAN終端設(shè)備經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在低功耗模式下運(yùn)行，使用單個(gè)紐扣電池可持續(xù)使用長(zhǎng)達(dá)10年。遠(yuǎn)距離-LoRaWAN網(wǎng)關(guān)可以在農(nóng)村地區(qū)超過(guò)10公里的距離內(nèi)傳輸和接收信號(hào)，在人口稠密的城市地區(qū)則高達(dá)3公里。室內(nèi)深度穿透——LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)可以提供室內(nèi)深度覆蓋，輕松覆蓋多層建筑。免許可頻譜-您無(wú)需支付昂貴的頻譜許可費(fèi)用即可部署LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。地理定位-LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)可以使用三角測(cè)量確定終端設(shè)備的位置，而無(wú)需GPS。如果至少三個(gè)網(wǎng)關(guān)接收到LoRa終端設(shè)備的信號(hào)，則可以定位LoRa終端設(shè)備。高容量-LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器處理來(lái)自數(shù)千個(gè)網(wǎng)關(guān)的數(shù)百萬(wàn)條消息。公共和私有部署-使用相同的硬件（網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備、天線）和軟件（UDP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)器、基站軟件、終端設(shè)備的LoRaWAN堆棧）可以輕松部署公共和私有LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。端到端安全-LoRaWAN使用AES-128加密確保終端設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器之間的安全通信。無(wú)線固件更新-您可以遠(yuǎn)程更新單個(gè)終端設(shè)備或終端設(shè)備組的固件（應(yīng)用程序和LoRaWAN堆棧）。漫游-LoRaWAN終端設(shè)備可以執(zhí)行從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫切換。低成本——最少的基礎(chǔ)設(shè)施、低成本的終端節(jié)點(diǎn)和開源軟件。認(rèn)證計(jì)劃-LoRa聯(lián)盟認(rèn)證計(jì)劃對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，并讓最終用戶確信設(shè)備可靠且符合LoRaWAN規(guī)范。生態(tài)系統(tǒng)-LoRaWAN擁有非常龐大的設(shè)備制造商、網(wǎng)關(guān)制造商、天線制造商、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商和應(yīng)用程序開發(fā)商生態(tài)系統(tǒng)。