LoRa技術網(wǎng)絡架構及與NB-IoT的對比資料下載

由于耗電和成本等方面的問題，業(yè)界預測到2020年物聯(lián)網(wǎng)（IOT）500億個無線節(jié)點中只有不到10%的使用GSM技術。盡管電信運營商具有建設和管理這樣一個大規(guī)模網(wǎng)絡的最突出的優(yōu)勢，但是需要一個遠距離，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、安防設備和工業(yè)控制等方面的地位。對于物聯(lián)網(wǎng)來說，只有使用一種廣泛的技術，才可能使得電池供電的無線節(jié)點數(shù)量達到預計的規(guī)模。 LoRa 作為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）的一種長距離通信技術，近些年受到越來越多的關注。 LoRa技術 LoRa 是LPWAN通信技術中的一種，是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。 是物理層或無線調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）調制作為物理層，因為它是一種實現(xiàn)低功耗的非常有效的調制。 LoRa 是基于線性調頻擴頻調制，它保持了像 FSK 調制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。 LoRa 技術本身擁有超高的接收靈敏度（RSSI）和超強信噪比（SNR） 。此外使用跳頻技術，通過偽隨機碼序列進行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜，防止定頻干擾。 目前，LoRa 主要在全球免費頻段運行，包括433、868、915 MHz等。 LoRa的最大特點就是： 傳輸距離遠 工作功耗低 組網(wǎng)節(jié)點多 LoRa網(wǎng)絡架構 在網(wǎng)狀網(wǎng)絡中， 個別終端節(jié)點轉發(fā)其他節(jié)點的信息， 以增加網(wǎng)絡的通信距離和網(wǎng)絡區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復雜性，降低了網(wǎng)絡容量，并降低了電池壽命，因節(jié)點接受和轉發(fā)來自其他節(jié)點的可能與其不相關的信息。 當實現(xiàn)長距離連接時， 長距離星型架構最有意義的是保護了電池壽命。 如果把網(wǎng)關安裝在現(xiàn)有移動通信基站的位置，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 10 公里。該網(wǎng)關/集中器還包含 MAC 層協(xié)議，對于高層它是透明的。 LoRa網(wǎng)絡主要由終端（可內置LoRa模塊）、網(wǎng)關（或稱基站）、網(wǎng)絡服務器以及應用服務器組成。應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。 LoRaWAN網(wǎng)絡架構是一個典型的星形拓撲結構，在這個網(wǎng)絡架構中，LoRa網(wǎng)關是一個透明傳輸?shù)闹欣^，連接終端設備和后端中央服務器。終端設備采用單跳與一個或多個網(wǎng)關通信。所有的節(jié)點與網(wǎng)關間均是雙向通信。 LoRa終端設備 LoRa的終端節(jié)點可能是各種設備，比如水表氣表、煙霧報警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點通過LoRa無線通信首先與LoRa網(wǎng)關連接，再通過3G網(wǎng)絡或者以太網(wǎng)絡，連接到網(wǎng)絡服務器中。網(wǎng)關與網(wǎng)絡服務器之間通過TCP/IP協(xié)議通信。 LoRa網(wǎng)絡將終端設備劃分成A/B/C三類： Class A：雙向通信終端設備。這一類的終端設備允許雙向通信，每一個終端設備上行傳輸會伴隨著兩個下行接收窗口。終端設備的傳輸時隙是基于其自身通信需求，其微調基于ALOHA協(xié)議。 Class A設備的功耗最低，基站下行通信只能在終端上行通信之后 Class B：具有預設接收時隙的雙向通信終端設備。這一類的終端設備會在預設時間中開放多余的接收窗口，為了達到這一目的，終端設備會同步從網(wǎng)關接收一個Beacon，通過Beacon將基站與模塊的時間進行同步。 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備。這一類的終端設備持續(xù)開放接收窗口，只在傳輸時關閉。 Class C設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)。不到一年時間，聯(lián)盟已經發(fā)展成員公司150余家，其中不乏IBM、思科、法國Orange等重量級產商。 產業(yè)鏈（終端硬件產商、芯片產商、模塊網(wǎng)關產商、軟件廠商、系統(tǒng)集成商、網(wǎng)絡運營商）中的每一環(huán)均有大量的企業(yè)，這種技術的開放性，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）標準。這一技術可以為電池供電的無線設備提供局域、全國或全球的網(wǎng)絡。LoRaWAN瞄準的是物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求，如安全雙向通訊、移動通訊和靜態(tài)位置識別等服務。該技術無需本地復雜配置，就可以讓智能設備間實現(xiàn)無縫對接互操作，給物聯(lián)網(wǎng)領域的用戶、開發(fā)者和企業(yè)自由操作權限。 LoRa 對比 NB-IoT 我們在之前的文章中介紹過NB-IoT，同時作為物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術，NB-IoT和LoRa兩種技術具有不同的技術和商業(yè)特性，所以在應用場景方面會有不同。 目前從產業(yè)的發(fā)展來看，已經形成了由芯片、模組、終端、通訊設備、平臺、運營商和應用這七大環(huán)節(jié)組成的完整產業(yè)鏈，將NB-IoT和LoRa做下對比： 頻段，服務質量和成本 LoRa工作在1GHz以下的非授權頻段，故在應用時不需要額外付費。NB-IoT和蜂窩通信使用1GHz以下的授權頻段。處于500MHz和1GHz之間的頻段對于遠距離通信是最優(yōu)的選擇，因為天線的實際尺寸和效率是具有相當優(yōu)勢的。 LoRaWAN使用免費的非授權頻段，并且是異步通信協(xié)議，對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)絡重疊、可伸縮性等方面具有獨特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務質量（QoS）。 據(jù)悉授權的Sub-GHz頻段的競拍，每MHz價格超過5億美金。蜂窩網(wǎng)絡和NB-IoT出于對服務質量（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，需要確保QoS的應用場景推薦使用蜂窩網(wǎng)絡和NB-IoT，而低成本和大量連接是首選項的話LoRa是不錯的選擇，如下圖。