LoRa-WAN協(xié)議的具體內(nèi)容

LoRaWAN協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的無線技術(shù)，除城域網(wǎng)的2G/3G/4G外，還有局域網(wǎng)和短距的多種通信技術(shù)，比如2.4G

頻段的WiFi，藍牙、Zigbee和Sub-Ghz等等。這些短距無線技術(shù)，優(yōu)缺點也都非常明顯。而且從無線應(yīng)用開發(fā)和工程運維人員角度來看，一直以來都存在這樣一個兩難問題：即設(shè)計人員在更長的距離和更低的功耗兩者之間只能二選一。而采用LoRa技術(shù)之后，設(shè)計人員現(xiàn)在可做到兩者都兼顧，最大程度地實現(xiàn)更長距離的通信與更低的功耗，同時還可節(jié)省額外的中繼器成本。一般說來，傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個主要參數(shù)。傳輸速率的選擇將決定系統(tǒng)的傳輸距離和電池壽命。工作頻段的選擇要折衷考慮頻段和系統(tǒng)的設(shè)計目標。而在FSK系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的選擇是由傳輸距離要求和系統(tǒng)需要的節(jié)點數(shù)目來決定的。升特(Semtech)公司采用新的擴頻技術(shù)的的高性價比收發(fā)機方案將會改變以往的折衷考慮方式，為用戶提供一種簡單的系統(tǒng)而又能實現(xiàn)遠距離、長電池壽命并增加系統(tǒng)容量，進而擴展你的傳感網(wǎng)絡(luò)，于是LoRa技術(shù)應(yīng)運而生了。LoRa融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù)，擁有前所未有的性能。此前，只有那些高等級的工業(yè)無線電通信會融合這些技術(shù)，而隨著LoRa的引入，嵌入式無線通信領(lǐng)域的局面發(fā)生了徹底的改變。前向糾錯編碼技術(shù)是給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息，這樣，數(shù)據(jù)傳輸進程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。這一技術(shù)減少了以往創(chuàng)建“自修復”數(shù)據(jù)包來重發(fā)的需求，且在解決由多徑衰落引發(fā)的突發(fā)性誤碼中表現(xiàn)良好。一旦數(shù)據(jù)包分組建立起來且注入前向糾錯編碼以保障可靠性，這些數(shù)據(jù)包將被送到數(shù)字擴頻調(diào)制器中。這一調(diào)制器將分組數(shù)據(jù)包中每一比特饋入一個“展擴器”中，將每一比特時間劃分為眾多碼片。LoRa調(diào)制解調(diào)器經(jīng)配置后，可劃分的范圍為64-4096碼片/比特。AngelBlocks配置調(diào)制解調(diào)器可使用4096碼片/比特中的最高擴頻因子（12）。相對而言，ZigBee僅能劃分的范圍為10-12碼片/比特。通過使用高擴頻因子，LoRa技術(shù)可將小容量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。實際上，當你通過頻譜分析儀測量時，這些數(shù)據(jù)看上去像噪音，但區(qū)別在于噪音是不相關(guān)的，而數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，基于此，數(shù)據(jù)實際上可以從噪音中被提取出來。其實，擴頻因子越高，越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。在一個運轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）需要可靠地解調(diào)信號，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解調(diào)一個信號，其信噪比為-20dB，GFSK方式與這一結(jié)果差距為28dB，這相當于范圍和距離擴大了很多。在戶外環(huán)境下，6dB的差距就可以實現(xiàn)2倍于原來的傳輸距離。為了有效地對比不同技術(shù)之間傳輸范圍的表現(xiàn)，我們使用一個叫做“鏈路預算”的定量指標。鏈路預算包括影響接收端信號強度的每一變量，在其簡化體系中包括發(fā)射功率加上接收端靈敏度。AngelBlocks的發(fā)射功率為100mW

(20dBm)，接收端靈敏度為-129dBm，總的鏈路預算為149dB。比較而言，擁有靈敏度-110dBm（這已是其極好的數(shù)據(jù)）的GFSK無線技術(shù)，需要5W的功率(37dBm)才能達到相同的鏈路預算值。在實踐中，大多GFSK無線技術(shù)接收端靈敏度可達到-103dBm，在此狀況下，發(fā)射端發(fā)射頻率必須為46dBm或者大約36W，才能達到與LoRa類似的鏈路預算值。因此，使用LoRa技術(shù)我們能夠以低發(fā)射功率獲得更廣的傳輸范圍和距離，這種低功耗廣域技術(shù)正是我們所需的。傳輸速率和距離傳輸速率是系統(tǒng)設(shè)計中一個關(guān)鍵的可變因素，它將決定整個系統(tǒng)整體性能的很多屬性。無線傳輸距離由接收機靈敏度和發(fā)射機輸出功率共同決定，兩者之間的差值我們稱之為鏈路預算。輸出功率受限于標準規(guī)范，所以只有通過提高靈敏度來增加距離，而靈敏度又受數(shù)據(jù)速率非常重要的影響。對所有的調(diào)制方式來說，越低的速率，接收機的帶寬越窄，接收靈敏度就越高。在現(xiàn)今高性價比無線收發(fā)機中應(yīng)用最廣泛的調(diào)制方式是FSK或者GFSK。要進一步減小FSK系統(tǒng)的接收機帶寬，唯一可行的辦法就是提高參考晶體的精確度。在等同的數(shù)據(jù)速率條件下，商用的低成本擴頻調(diào)制方式可以獲得比傳統(tǒng)FSK調(diào)制方式高8-10dB的靈敏度。升特(Semtech)公司將推出一款新的收發(fā)機，這款收發(fā)機集成了一種名為LoRa的擴頻調(diào)制方式和傳統(tǒng)的GFSK調(diào)制方式。如圖展示了在GFSK調(diào)制和LoRa擴頻調(diào)制兩種系統(tǒng)中靈敏度相對數(shù)據(jù)速率的關(guān)系曲線。LoRa廣域覆蓋網(wǎng)絡(luò)在法國即將商用法國電信運營商布依格電信宣布，將在今年6月推出物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)商用業(yè)務(wù)。商用初期，該網(wǎng)絡(luò)將覆蓋巴黎部分地區(qū)及較偏遠的一個區(qū)，預計到今年年底網(wǎng)絡(luò)可覆蓋巴黎地區(qū)的約300個鎮(zhèn)。據(jù)悉，布依格的物聯(lián)網(wǎng)將使用LoRa技術(shù)，即一種低能耗廣域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于無線領(lǐng)域，供電設(shè)備部署在本地、地區(qū)、國家甚至是全球網(wǎng)絡(luò)中。LoRa支持0.3kbps至50kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，對于需要長時間共享小量數(shù)據(jù)的智能終端來說非常適用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，LoRa終端僅靠電池就可維持在網(wǎng)時間達10年之久。“物聯(lián)網(wǎng)將徹底改變我們的經(jīng)濟。”布依格首席執(zhí)行官Olivier

Roussat在一份聲明中說。布依格是LoRa聯(lián)盟的創(chuàng)始成員之一，該公司聯(lián)合其他公司于今年3月的世界移動通信大會上成立了該聯(lián)盟。布依格稱，LoRa可應(yīng)用于諸多垂直行業(yè)，包括能源、汽車、物流、農(nóng)業(yè)、水利、商業(yè)、環(huán)保和制造產(chǎn)業(yè)等。布依格此前聯(lián)合LoRa芯片生產(chǎn)廠家Semtech于2013年11月對相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用進行了測試。事實上，布依格并非法國唯一一家投資物聯(lián)網(wǎng)的運營商。就在不久前，法國主導運營商Orange公司公布了雄心勃勃的發(fā)展目標，希望在2018年前在物聯(lián)網(wǎng)和機對機（M2M）業(yè)務(wù)領(lǐng)域獲得6億歐元（約合40.38億元人民幣）的收入。低功耗網(wǎng)絡(luò)中LoRa的優(yōu)勢實際上，早在布依格電信宣布推出LoRa網(wǎng)絡(luò)之前，對于專用于物聯(lián)網(wǎng)的低功耗網(wǎng)絡(luò)就展開過多次討論，LoRa在所有可選方案中具有很強競爭優(yōu)勢。此前認為，仍在開發(fā)階段的新版本

2G

與

LTE

標準可望為物聯(lián)網(wǎng)提供成本較低、功耗較低的蜂窩網(wǎng)絡(luò)連結(jié)方案，不過它們都要等到2016年以后才能上線，這為不少廠商的獨家技術(shù)提供了一個機會，主要是900MHz解決方案。4G機器類型通訊標準（LTE

MTC）對于那些積極想關(guān)閉效率不彰2G網(wǎng)路的營運商來說，似乎是最順暢的一個接替方案；不過無論是哪一種新版蜂窩式標準，都面臨來自Sigfox、Semtech等公司的競爭，那些公司能提供號稱功耗、成本較低的替代方案，只是尚未廣泛布署。在一場由無線通訊聯(lián)盟(Wireless

Communications

Alliance)主辦的座談會上，市場研究機構(gòu)Machina

Research首席分析師Godfrey

Chua估計，到2023年LTE

MTC可望作為占據(jù)所有物聯(lián)網(wǎng)裝置10%的連結(jié)方案。不過，來自Aeris的Hosain

表示，一個成本與功耗都降低的2G標準會是LTE

MTC之外的替代方案，不過預期大型蜂窩網(wǎng)絡(luò)營運商很少會采用這種強化版的2G方案；因為LTE的頻譜效率比GPRS高出250倍，營運商會需要改用頻譜效率更高的LTE，以節(jié)省高達4.4億美元的頻譜費用。另外，Hosain也表示，他研究過市場上各種獨家技術(shù)，包括來自Sigfox、Semtech與

OnRamp等公司的方案，那些方案雖然缺乏廣泛的市場覆蓋率以及有助于被廣泛采用的開放性標準，但有機會獲得一些市場?！拔翌A測Semtech

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