LoRaLAN和LoRaWAN面臨的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

在不久的將來，萬億規(guī)模的傳感器將互聯(lián)，形成萬物互聯(lián)的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在逐步構(gòu)建這一網(wǎng)絡(luò)的過程中，將會(huì)有多種無線技術(shù)出現(xiàn)并發(fā)展成熟。無線技術(shù)的多樣性源自大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)場景的多樣化需求。在這中間，低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)，獲得了足夠的關(guān)注。

LoRaWAN是LPWA網(wǎng)絡(luò)的典型代表，它采用一種叫做LoRa的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，在亞洲、歐洲和北美等地區(qū)都有大量部署。該技術(shù)的特點(diǎn)是具有極高鏈路預(yù)算，可以通過單網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)高達(dá)10公里的覆蓋。即使與其他同樣強(qiáng)調(diào)廣域覆蓋的LPWA技術(shù)相比，LoRa仍然具有一些優(yōu)勢。目前，僅在中國大陸，每年就有數(shù)千萬計(jì)的傳感器通過LoRa技術(shù)組網(wǎng)，其中，越來越多為LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。

LoRaWAN優(yōu)勢

低功耗和覆蓋范圍廣是LoRaWAN技術(shù)的主要特點(diǎn)，同時(shí)，LoRaWAN的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)非常成熟，從芯片、模組、到網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)，都有相當(dāng)多的廠家、代理商、集成商在提供專業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)。這使得LoRaWAN能夠以低成本快速形成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這是LoRaWAN得以流行的關(guān)鍵。“快速”反映了當(dāng)今社會(huì)信息技術(shù)的快節(jié)奏發(fā)展，“低成本”則對成本敏感的早期項(xiàng)目，尤其是概念驗(yàn)證項(xiàng)目尤為重要。

LoRaWAN的另一特點(diǎn)是協(xié)議開放。開放的協(xié)議促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)生態(tài)的萌發(fā)。加上其他替代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)未能快速真正成熟，使得LoRaWAN在某種程度上成了早期LPWA的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

LoRaWAN這些優(yōu)勢促成了該技術(shù)的流行。據(jù)艾森智能LoRaWAN平臺(tái)業(yè)務(wù)loraFlow.io的統(tǒng)計(jì)，其支撐的LoRaWAN應(yīng)用場景涵蓋包括農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、制造、城市管理和生活服務(wù)等諸多行業(yè)和領(lǐng)域。

LoRaWAN面臨的挑戰(zhàn)

即便是一門炙手可熱的技術(shù)，我們在設(shè)計(jì)和運(yùn)營LoRaWAN的過程中仍然遇到一些局限性。我們的客戶也常常面對一些困惑。比如，很多客戶會(huì)將LoRaWAN用于采集和監(jiān)控一些傳感器讀數(shù)。這些讀數(shù)會(huì)被周期刷新，一般認(rèn)為這些讀數(shù)偶爾丟失也不會(huì)引起嚴(yán)重的后果。一個(gè)監(jiān)控電子產(chǎn)品生產(chǎn)流水線工作參數(shù)的傳感采集監(jiān)控系統(tǒng)就是這樣一個(gè)例子。這個(gè)系統(tǒng)中，多種傳感數(shù)據(jù)被采集和監(jiān)視，包括流水線環(huán)境溫濕度，以及一些用于流水線生產(chǎn)過程的特殊氣體壓力等。在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)之前，這些數(shù)據(jù)未被采集，或者靠人工以很低的頻率（比如一天兩次）進(jìn)行巡檢采集。通過聯(lián)網(wǎng)，這些數(shù)據(jù)每天都會(huì)多次被采集并上傳到監(jiān)控中心或云端，支持業(yè)務(wù)。

LoRaWAN的一個(gè)局限性在于很難提供確定性保障。在上面的例子中，人們最開始對傳感數(shù)據(jù)丟失持容忍態(tài)度，然而，隨著時(shí)間發(fā)展，數(shù)據(jù)丟失會(huì)變得敏感。這種情況可能發(fā)生，比如，工廠的信息化和自動(dòng)化程度加深，裁剪了一些可以容忍錯(cuò)誤的人工環(huán)節(jié)。此時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)不再是業(yè)務(wù)系統(tǒng)一個(gè)“可有可無”的伴生系統(tǒng)，而是需要相互協(xié)作的有機(jī)體，成為業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一部分（如SCADA業(yè)務(wù)的一部分）。在這種情況下LoRaWAN變得不再適應(yīng)。

LoRaWAN的另外一個(gè)局限在于容量非常有限。這是受其底層調(diào)制技術(shù)和簡單的介質(zhì)訪問協(xié)議共同制約的。然而，底層調(diào)制技術(shù)與介質(zhì)訪問協(xié)議同時(shí)也是LoRaWAN得以“流行”的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因此，可以這樣解釋，當(dāng)LoRaWAN的優(yōu)點(diǎn)與其使用場景不再相匹配，或者這些優(yōu)點(diǎn)在使用場景不再如此關(guān)鍵時(shí)，LoRaWAN就不再具有優(yōu)勢。這種場景在我們與客戶的業(yè)務(wù)實(shí)踐中越來越多的出現(xiàn)，并促使我們提出了新的解決方案——LoRaLAN。

LoRaLAN解決方案

LoRaLAN在諸多方面改進(jìn)了LoRaWAN。

物理層

在物理層調(diào)制技術(shù)方面，LoRaLAN采用2.4G LoRa調(diào)制技術(shù)。與LoRaWAN的調(diào)制技術(shù)相比，它們都采用相同的擴(kuò)頻技術(shù)，但是LoRaLAN支持更快的擴(kuò)頻因子（SF5，SF6，SF7），信道帶寬也從LoRaWAN的125KHz提高到了最高1.6MHz。調(diào)制方式的改變帶來網(wǎng)絡(luò)速率和網(wǎng)絡(luò)容量兩個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。

調(diào)制參數(shù)的變化也帶來了更低的功耗。因此，同樣的業(yè)務(wù)場景中，采用LoRaLAN能夠數(shù)倍的提升電池壽命，或者同樣的電池壽命下支持更頻繁的數(shù)據(jù)采集。

介質(zhì)訪問技術(shù)

LoRaLAN采用了基于TSCH（Time Sync Channel Hopping）技術(shù)的介質(zhì)訪問技術(shù)。LoRaLAN的TSCH技術(shù)具有幾個(gè)主要特征：

鏈路級(jí)可靠技術(shù)，提供100%的消息可靠性保障

先進(jìn)的時(shí)鐘同步技術(shù)，即使在低精度振蕩器（50ppm）上也能可靠同步

支持跳頻，有效防止干擾和多徑衰減

支持多網(wǎng)關(guān)聯(lián)合組網(wǎng)，設(shè)備自動(dòng)切換

支持設(shè)備移動(dòng)

支持Class A和Class C類設(shè)備，ClassA設(shè)備可以長時(shí)間休眠，不影響同步

頻譜利用高效。支持網(wǎng)關(guān)動(dòng)態(tài)調(diào)度無線資源，支持預(yù)分配固定周期資源。對動(dòng)態(tài)調(diào)度資源和固定周期資源實(shí)現(xiàn)無沖突訪問

安全性

LoRaLAN采用比LoRaWAN更安全的加密技術(shù)，包括支持雙向認(rèn)證的會(huì)話密鑰分發(fā)機(jī)制，以及基于AES128 CBC的加密技術(shù)，能更好的防止重放攻擊和差分攻擊。

網(wǎng)絡(luò)管理

網(wǎng)絡(luò)管理對規(guī)模部署IOT網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)值得關(guān)注的問題。在LoRaWAN中，網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備一般需要事先規(guī)劃好網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括頻點(diǎn)和SF選擇。這些參數(shù)一旦固化就很難改變。

對于LoRaLAN中，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可以在云端動(dòng)態(tài)調(diào)整，一旦變化，終端能夠在幾秒鐘之內(nèi)發(fā)現(xiàn)并建立新的同步。云端可以管理多個(gè)網(wǎng)關(guān)，終端還能自動(dòng)根據(jù)網(wǎng)關(guān)的信號(hào)質(zhì)量和負(fù)載程度選擇一個(gè)最佳網(wǎng)關(guān)加入網(wǎng)絡(luò)。

LoRaLAN云服務(wù)

LoRaLAN的設(shè)計(jì)者，深圳市艾森智能技術(shù)有限公司，是一家專注提供物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)的創(chuàng)新企業(yè)，也是LPWA行業(yè)的知名企業(yè)，其多個(gè)LoRaWAN端到端的解決方案吸引了全球來自包括歐洲和亞洲在內(nèi)的眾多行業(yè)客戶。LoRaLAN的設(shè)計(jì)正是基于其長期設(shè)計(jì)和運(yùn)營LoRaWAN的經(jīng)驗(yàn)積累。艾森智能除了提供LoRaWAN端到端解決方案外，還將提供LoRaLAN從模組、網(wǎng)關(guān)到云端數(shù)據(jù)服務(wù)的端到端的整體解決方案。

senzFlow.io是艾森智能新一代IOT云平臺(tái)，具備3大主要技術(shù)特征：

靈活的接入能力。支持多協(xié)議接入，支持任意數(shù)據(jù)格式。senzFlow.io支持的協(xié)議包括LoRaLAN，LoRaWAN，WiFi以及NB-IoT等其他協(xié)議。任何數(shù)據(jù)格式均可接入，也支持完整的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)碼能力。

支持快速生成應(yīng)用。senzFlow.io支持具備通過聲明式的語法在線創(chuàng)建應(yīng)用的能力，同時(shí)提供易用的交互式控制臺(tái)UI完成所有操作。senzFlow.io同時(shí)提供完整的IOT能力API，支持客戶生成更復(fù)雜的私有業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

具有端到端的安全性。端到端的安全性要求物聯(lián)網(wǎng)全鏈路不存在安全漏洞，包括無線協(xié)議，接入網(wǎng)回傳鏈路，云端接口等。以LoRaLAN為例，在無線協(xié)議設(shè)計(jì)中采用了比LoRaWAN更安全的加密技術(shù)，包括支持雙向身份認(rèn)證的安全的密鑰交換技術(shù)，以及基于AES 128 CBC的全空口消息加密技術(shù)。

結(jié)論

LoRaLAN和LoRaWAN，同屬于低功耗物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適合在園區(qū)，小區(qū)，礦場，農(nóng)場等場所提供運(yùn)營部署。相比LoRaWAN，LoRaLAN縮小了單點(diǎn)覆蓋范圍，但是大大提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬，提升了網(wǎng)絡(luò)容量，并進(jìn)一步降低了設(shè)備功耗。

LoRaLAN相比其他物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如同屬2.4G技術(shù)體系的ZigBee和WirelessHART，LoRaLAN仍然具有明顯的覆蓋能力優(yōu)勢。同時(shí)，LoRaLAN具有低成本，低延遲的特點(diǎn)，能支持確定性業(yè)務(wù)。結(jié)合艾森智能IOT云服務(wù)，用戶可以快速的構(gòu)建可靠的，具有相當(dāng)網(wǎng)絡(luò)容量的IOT網(wǎng)絡(luò)，并支撐一部分敏感業(yè)務(wù)。