一文了解LoRa與LoRaWAN差異及市場前景

總體介紹

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，NB-IoT、LoRa、SigFox等技術名詞時不時出現(xiàn)在我們的視野中，對普通讀者或者剛剛接觸物聯(lián)網(wǎng)領域的人來說，在一大堆名詞面前可能會混淆。本文資本論將針對LoRa和LoRaWN做細致的介紹與比較。

總體而言，LoRa僅包含鏈路層協(xié)議，并且非常適用于節(jié)點間的P2P通信；同時，LoRa模塊也比LoRaWAN便宜一點；

LoRaWAN也包含網(wǎng)絡層，因此可以將信息發(fā)送到任何已連接到云平臺的基站。只需將正確的天線連接到其插座，LoRaWAN模塊就可以以不同的頻率工作。

LoRa是什么

雖然LoRa經(jīng)常被誤用來描述整個LPWAN通信系統(tǒng)，但嚴格來說，LoRa是Semtech擁有的專有調制格式。 SX1272和SX1276 LoRa芯片使用稱為chirp擴頻（CSS）的調制技術來組成技術棧的物理層（PHY）。

LoRa有兩種不同的協(xié)議棧：LoRaWAN和Symphony Link。 Symphony Link適用于需要高級功能的工業(yè)和企業(yè)用戶。 LoRaWAN適用于基于LoRaWAN的移動網(wǎng)絡，在歐洲發(fā)展得比較快。

低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）預計將會支持物聯(lián)網(wǎng)預測的數(shù)十億設備，在整個系統(tǒng)中，由很多個組件組成。物理（PHY）層在硬件層面定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/2364/" target="_blank">電氣規(guī)格。數(shù)據(jù)鏈路層負責檢測PHY層的變化并建立發(fā)送數(shù)據(jù)的協(xié)議。

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LoRaWAN是什么

LoRaWAN是一個開放標準，它定義了基于LoRa芯片的LPWAN技術的通信協(xié)議。 LoRaWAN在數(shù)據(jù)鏈路層定義媒體訪問控制（MAC），由LoRa聯(lián)盟維護。 LoRa和LoRaWAN之間的這種區(qū)別很重要，因為Link Labs等其他公司在LoRa芯片的頂部使用專有的MAC層來創(chuàng)建更好的混合設計 - 在Link Labs案例中稱為Symphony Link。

正如上文提到的，LoRaWAN是一種媒體訪問控制（MAC）層協(xié)議，專為具有單一運營商的大型公共網(wǎng)絡而設計。 它使用Semtech的LoRa調制方案構建，具體涉及到以下幾方面：

你可能已經(jīng)了解到LoRaWAN不適合專用網(wǎng)絡的解決方案，目前它的確更適合于公共廣域網(wǎng)絡。其根本原因在于在LoRaWAN中，所有頻道都調到相同的頻率，并且在單一區(qū)域最好只有一個網(wǎng)絡操作以避免碰撞問題。

由于網(wǎng)絡中的所有網(wǎng)關都綁定到同一臺服務器，因此確定哪個網(wǎng)關應對傳輸作出響應是服務器的工作。在大型網(wǎng)絡中，任何給定的傳輸通常由多個接收器接收到，然后服務器通知一個網(wǎng)關作出響應，其他網(wǎng)關忽略傳輸。該過程有助于避免下行鏈路和上行鏈路沖突，因為單個網(wǎng)關正在傳輸，而且重疊的網(wǎng)關可以簡單地偵聽其他傳輸。

另外，可以通過LoRa聯(lián)盟來為特定用途設置特定頻道。網(wǎng)絡運營商也可以從服務器端限制其網(wǎng)絡中的下行鏈路數(shù)量，以確保低優(yōu)先級端點不會因下行鏈路流量而“堵塞”網(wǎng)絡。

具體應用中面臨的另一個挑戰(zhàn)是LoRaWAN主要是數(shù)據(jù)鏈路（MAC）層（OSI第2層），只有網(wǎng)絡層的一些元素（OSI第3層）。雖然這為應用程序提供了很大的靈活性，但它使應用程序開發(fā)人員有相當數(shù)量的工作來提供完整的產(chǎn)品。這包括分組化，下行鏈路控制，多播等。

在最基本的層面上，像LoRaWAN這樣的無線協(xié)議相當簡單。LoRaWAN是一種星型或星型對星型拓撲結構，因為在保持電池電量并增加通信范圍方面的優(yōu)勢，所以普遍認為它比網(wǎng)狀網(wǎng)絡更好。

具體而言，星型拓撲通過網(wǎng)關將消息中繼到中央服務器，每個末端節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉鄠€網(wǎng)關。然后網(wǎng)關將數(shù)據(jù)轉發(fā)到網(wǎng)絡服務器，在網(wǎng)絡服務器上執(zhí)行冗余檢測，安全檢查和消息調度。

這種設計的兩個明顯優(yōu)勢在于：

1.更簡單的跟蹤：由于終端節(jié)點向多個網(wǎng)關發(fā)送數(shù)據(jù)，因此不需要網(wǎng)關到網(wǎng)關的通信。 這簡化了終端節(jié)點移動跟蹤應用的邏輯。

2.更好的公共網(wǎng)絡：這種不對成的關系讓中央服務器來解決碰撞問題，所以LoRaWAN可能更適合部署在公共網(wǎng)絡。

上圖顯示了LoRaWAN的主要運行過程。 頂欄顯示網(wǎng)關是否正在傳輸。 （橙色表示正在傳輸;藍色不在傳輸。）底部顯示接收器通道，幾乎所有的LPWAN系統(tǒng)（包括LoRaWAN）都有多個接收通道，大多數(shù)LoRaWAN系統(tǒng)可以在任意數(shù)量的頻率通道上同時接收八條消息。

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LoRaWAN的A類、B類、C類

LoRaWAN有三個同時操作的類。 A類是異步的，這意味著終端節(jié)點不會等待特定的時間與網(wǎng)關通話，而是只在需要時進行傳輸，在此之前一直處于休眠狀態(tài)。只要一個節(jié)點完成傳輸，另一個節(jié)點立即開始。在溝通方面沒有任何差距，純阿羅哈網(wǎng)絡的理論最大容量約為此最大值的18.4％。這主要是由于碰撞，因為如果一個節(jié)點正在發(fā)射并且另一個節(jié)點醒來并決定使用相同的無線電設置在相同的頻道中發(fā)射，則它們將發(fā)生沖突。

B類允許將消息發(fā)送到電池供電節(jié)點。每128秒，網(wǎng)關發(fā)送一個信標。所有LoRaWAN基站都同時發(fā)送信標消息，因為它們從屬于一個脈沖每秒（1PPS）。這意味著每個在軌軌道上的GPS衛(wèi)星都會在每秒開始時傳輸一條信息，從而讓世界各地的時間同步。所有B類節(jié)點在128秒周期內(nèi)被分配一個時隙，并被告知何時收聽。

C類允許節(jié)點持續(xù)監(jiān)聽，并可隨時發(fā)送下行消息。這主要用于交流供電的應用，因為它需要耗費大量的精力來保持節(jié)點始終保持清醒地運行接收器。

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總結

綜上所述，面對類似于LoRa和LoRaWAN這樣容易混淆的名詞，其實只要系統(tǒng)梳理一下就可以發(fā)現(xiàn)其中的區(qū)別。下表總結了兩者之間最主要的幾點特性：

結合上圖，用最簡單的公式，你可以這么理解：

LoRa = PHY Layer

LoRaWAN or Symphony Link = MAC Layer

LoRa + LoRaWAN = LPWAN