科普一下LORA技术和发展前景

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zero99 发布时间：2016-12-20 17:35

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LoRa®技术在业内讨论得如火如荼，究竟是何方神圣，比起传统的无线通信技术又有哪些优势？图文一睹为快！

LoRa®是什么？
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。链路预算，通常用分贝（dB为单位）表示，是在给定的环境中决定距离的主要因素。下面是部署在比利时是Proximus网络覆盖图。随着小量的基础设施建设实施，可以容易地覆盖到整个国家。

LoRaWAN又是什么？
LoRaWAN?定义了网络的通讯协议和系统架构，而LoRa®物理层能够使长距离通讯链路成为可能。 LoRaWAN?自下而上设计，为电池寿命、容量、距离和成本而优化了LPWAN（低功耗广域网）。对于不同地区给出了一个LoRaWAN?规范概要，以及在LPWAN空间竞争的不同技术的高级比较。

LoRaWAN系统架构

网络架构
在网状网络中，个别终端节点转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了网络容量，并降低了电池寿命，因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当实现长距离连接时，长距离星型架构最有意义的是保护了电池寿命。
在LoRaWAN?网络中，节点与专用网关不相关联。相反，一个节点传输的数据通常是由多个网关收到。每个网关将从终端节点接所接受到的数据包通过一些回程 (蜂窝、以太网等)转发到基于云计算的网络服务器。智能化和复杂性放到了服务器上，服务器管理网络和过滤冗余的接受到的数据，执行安全检查，通过最优的网关进行调度确认，并执行自适应数据速率等。

LoRaWAN网络架构

电池寿命
在LoRaWAN?网络中的节点是异步的通信的，当其要发送的数据准备好的时候通信，无论是事件驱动还是时间调度。在网状网络或同步网络，如蜂窝，节点必须经常唤醒以同步网络，并检查消息。这个同步明显消耗能量，是减少电池寿命第一推手。在最近一项研究中，GSMA对不同解决LPWAN空间的技术进行了比较，LoRaWAN?比其他技术选择有3到5倍的优势。

低功耗超远距LoRa模块ZM470SX

网络容量
为了使远距离星型网络能够实现，网关必须具有非常高的容量或性能，从大量的节点接收消息。高网络容量利用自适应的数据速率和网关中的多通道多调制收发器实现，因此可以在多信道上同时接受消息。影响容量的关键因素是并发通道数、数据速率（空中时间）、负载长度以及节点如何经常发送数据。因为LoRa®是基于扩频调制，当使用不同扩频因子时，信号实际上是彼此正交。当扩频因子的发生变化，有效的数据速率也会发生变化。网关利用了这个特性，能够在同一时间相同信道上接受多个不同的数据速率。
如果一个节点有一个好的连接并靠近网关，它没有理由总是使用最低的数据速率，填满可用的频谱比它需要的时间更长。数据传输速率越高，在空气中的时间就越短，可以为其他要传送数据的节点开放更多的潜在空间。自适应数据速率也优化了节点的电池寿命。
为使自适应的数据速率工作，对称的上行链路和下行链路要求有足够的下行链路容量。这些特点使得LoRaWAN?有非常高的容量，网络更具有可扩展性。用最少量的基础设施可以部署网络，当需要容量时，可以添加更多网关，变换数据速率，减少串音次数，可扩展6~8倍网络容量。其他LPWAN技术没有LoRaWAN?的可扩展性，缘于技术上的权衡，其限制了下行链路的容量，使下行链路距离与上行链路距离不对称。

终端设备类型
A类（all）：
A类的终端设备允许双向通信，因此每个终端设备的上行链路传输跟随两个短的下行链路接受窗口。传输时隙由终端设备调度，基于其自身的通讯需求并有一个基于随机时基的微小变化（ALOHA类型协议）。对于在终端设备已发送一个上行链路传输后，仅需要从服务器下行链路简短地通讯的应用来说，这种A类操作是最低功耗的终端系统。在任何其他时间从服务器下行链路通讯必须等下一个调度的上行链路。