物联网| LoRa无线通信技术

52监测小编

物联网其实到目前为止也没有一个精确的定义，一般来说，我们认为物联网是传统的互联网向物理世界的一个延伸。通过连接物理世界，使得网络能够更好的为人类服务。 简单而言，通过物联网，各种不同的设备都能够互相连接起来，这些设备能够感知物理世界、互相交流和沟通，连接起来提供不同的服务。

物联网能够广泛用在生产和生活的各个方面，产生了如智慧家庭 smart home, 智慧城市 smart city, 智慧农业 smart agriculture, 智慧医疗 smart medical and healthcare, 环境保护 environmental monitoring等一系列相关的应用场景。

今天向大家介绍物联网其中一个技术：LoRa。

一、 LoRa无线技术

LoRa就是远距离无线电（Long Range Radio），是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa联盟LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间，联盟已经发展成员公司150余家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。产业链（终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商）中的每一环均有大量的企业，这种技术的开放性，竞争与合作的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。

LoRa是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，其实也是是诸多LPWAN通信技术中的一种，最早由美国Semtech公司采用和推广。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、低功耗无线通信手段。目前，LoRa主要在ISM频段运行，主要包括433、868、915 MHz等。

LoRa是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统的无线系统使用频移键控（FSK）调制作为物理层，因为它是一种实现低功耗的非常有效的调制。LoRa是基于线性调频扩频调制，它保持了像FSK调制相同的低功耗特性，但明显地增加了通信距离。线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年， 由于其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性，但是LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。

LoRa的优势在于技术方面的长距离能力。单个网关或基站可以覆盖整个城市或数百平方公里范围。在一个给定的位置，距离在很大程度上取决于环境或障碍物，但LoRa和LoRaWAN有一个链路预算优于其他任何标准化的通信技术。

二、 LoRaWAN网络拓扑

LoRa在物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。

LoRaWAN的数据传输速率范围为0.3 kbps至37.5 kbps，为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应（Adaptive Data Rate , ADR）方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出功率。

LoRaWAN 网络是一个典型的Mesh网络拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关负责数据汇总，连接终端设备和后端云端数据服务器。网关与服务器间TCP/IP网 络进行连接。所有的节点与网关间均是双向通信，考虑到电池供电的场合，终端节点一般是休眠，当有数据要发送时，唤醒，然后进行数据发送。

用LoRa组成低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network, LPWAN)，它是物联网中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。LPWAN相关组织LoRa联盟目前在全球已有145位成员，其繁茂的生态系统让遵循LoRaWAN协议的设备具有很强的互操作性。一个完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线传感器节点，其效率远远高于传统的点对点轮询的通讯模式，也能大幅度降低节点通讯功耗。

因此，使用LoRa技术，我们能够以低发射功率获得更远的传输距离。这种低功耗广域技术正是大规模部署无线传感器网络所必须的。

三、 LoRa的特性

1、传输距离：城镇可达2-5Km ，郊区可达15 Km ；

2、工作频率：ISM 频段，包括433、868、915 MH等；

3、容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点；

4、传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长；

5、调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频的一个变种，具有前向纠错能力。

四、 LoRa终端设备

LoRa的终端节点可能是各种设备，比如水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点通过LoRa无线通信首先与LoRa网关连接，再通过3G网络或者以太网络，连接到网络服务器中。网关与网络服务器之间通过TCP/IP协议通信。

五、 LoRa发展前景

目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa Alliance 早先公布的数据，已经有9个国家开始建网，56个国家开始进行试点。对于国内三大电信运营商来说，NB-IoT网络部署已经箭在弦上，2020年很多城市完成NB-IoT网络部署，使用LoRa技术大规模组网的可能性不大。

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