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快速全面了解LoRa及组网方案

2018-01-24 12:47:12 光普森科-工业通信专家

摘自:C114中国通信网  作者:杨碧玲   来源:智慧产品圈

LoRaNB-IoT是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。不过两者之间到底有什么区别和不同?谁又将更胜一筹占领LPWAN制高点?

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWANlow-power Wide-Area Network,低功耗广域网)也快速兴起。NB-IoTLoRa是其中的典型代表,也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。

这两种LPWAN技术都有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少等特点,都适合低功耗物联网应用,都在积极扩建自己的生态系统。可是,这两者之间到底有什么区别和不同?有什么重叠或不同的应用范围?两者之间是你死我活的互相替代关系

还是你有我无的互补关系?

 接下来我们将会陆续推出广域物联网通信技术专题文章,介绍LoRaNB-IoT和两种技术、各自生态以及对两者进行对比。


LoRa:易于建设和部署的低功耗广域物联技术

LoRa的诞生比NB-IoT要早些,20138月,Semtech公司向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术(Long Range,简称LoRa)的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm,与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比,最高的接收灵敏度改善了20db以上,这确保了网络连接可靠性。

它使用线性调频扩频调制技术,即保持了像FSK(频移键控)调制相同的低功耗特性,又明显地增加了通信距离,同时提高了网络效率并消除了干扰,即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰,因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量。

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                                       图1LoRa技术特点

 

线性扩频已在军事和空间通信领域使用了数十年,因为其可以实现长通信距离和干扰的鲁棒性,而LoRa是第一个用于商业用途的低成本实现。随着LoRa的引入,嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。这一技术改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式,提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量、低成本的通讯系统。

 LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括433868915 MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或称基站)、服务器和云四部分组成,应用数据可双向传输。

如图2所示。

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LoRa的优势主要体现在以下几个方面:

1---大大的改善了接收的灵敏度,降低了功耗

高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA,睡眠电流200nA,这大大延迟了电池的使用寿命。

2---基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大。

如图2所示,网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes,网络占用率10%)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm100mW),那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达10公里。

3---基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。

LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSIReceived Signal Sterngth Ind-ication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。

这些关键特征使得 LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用,如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。

表:LoRa关键特性和优势

关键特征

优势

157db链路预算

远距离

距离>15km

最小的基础设施成本

易于建设和部署

使用网关/集中器扩展系统容量

电池寿命>10

延长电池寿命

接收电流10mA,休眠电流<200nA

免牌照的频段

低成本

基础设施成本低

节点/终端成本低

应用:国外如火如荼,国内略显冷清

一种通讯技术要实现大规模商业化,除技术本身要有特定的优势外,还需要背后阵营强力支持,其中产业联盟就是一股强大的推动力量,LoRa也不例外。

20153LoRa联盟宣布成立,这是一个开放的、非盈利性组织,其目的在于将LoRa推向全球,实现LoRa技术的商用。该联盟由Semtech牵头,发起成员还有法国Actility,中国AUGTEK和荷兰皇家电信KPN等企业,到目前为止,联盟成员数量达330多家,其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级厂商。

LoRa的产业链中(包括终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商)的每一环均有大量的企业,构成了LoRa的完整生态系统,促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。

目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa联盟年初的数据是有9个国家开始建网,56个国家开始进行试点;截至目前最新公布的数据,已经有17个国家公开宣布建网计划,120多个城市地区有正在运行的LoRa网络,如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等等国家,荷兰、瑞士、韩国等更是部署或计划部署覆盖全国的LoRa网络。

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4:法国电信运营商Bouygues部署连接百万设备量的LoRa网络

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表:NB-IoTLoRa技术参数对比

参数

Nb-IoT

LoRa

技术特点

蜂窝

线性扩频

网络部署

与现有蜂窝基站复用

独立建网

频段

运营商频段 

150 MHz 1 GHz

传输距离

远距离

远距离(1-20km

速率

<100kbps

0.3-50kbps

连接数量

200k/cell

200k-300k/hub

终端电池工作时间

10

10

成本

模块5-10$

模块约5$

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