LoRa和NB-IoT的發(fā)展前景

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代飛速發(fā)展下的需求，除了不斷升級(jí)的4G/5G寬帶網(wǎng)絡(luò)，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)無(wú)疑也是大家研究的重要方向。當(dāng)前，LoRa技術(shù)與NB-IoT的發(fā)展前景也成為大家爭(zhēng)論不休的焦點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將人與物，物與物進(jìn)行連接。在智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等局域網(wǎng)通信，一般采用短距離通信技術(shù)，但對(duì)于廣范圍、復(fù)雜環(huán)境、遠(yuǎn)距離的連接則需要遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。

因此，為滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接需求，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網(wǎng))應(yīng)運(yùn)而生。 LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。主要分為兩類：一類是工作于未授權(quán)頻譜的LoRa技術(shù);另一類是工作于授權(quán)頻譜下的NB-IoT。

圖1 授權(quán)頻段與非授權(quán)頻段

(1)相比于NB-IoT ，LoRa基于Sub-GHz的頻段使其更易以較低功耗遠(yuǎn)距離通信，可以使用電池供電或者其他能量收集的方式供電;

(2)較低的數(shù)據(jù)速率也延長(zhǎng)了電池壽命和增加了網(wǎng)絡(luò)的容量;

(3)LoRa信號(hào)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)決定了它的穿透力與避障能力;

(4)LoRa專用網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和客戶需求擴(kuò)展出更多自定義功能，如廣告推送，多種網(wǎng)絡(luò)接入等。

這些技術(shù)特點(diǎn)更適合低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署和企業(yè)特定專網(wǎng)里工作。LoRa的易于建設(shè)和部署，得到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)公司的關(guān)注和跟進(jìn)。如ZLG致遠(yuǎn)電子成立了專門的項(xiàng)目組從事LoRa模塊、網(wǎng)關(guān)和整體方案的開(kāi)發(fā)。廣泛應(yīng)用在LoRa地磁，用于車位管理，車流量檢測(cè);LoRa局域?qū)＞W(wǎng)，用于中小范圍內(nèi)的采集、監(jiān)測(cè)、通信;點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遙控等各類方案。下圖為L(zhǎng)oRa模塊及網(wǎng)關(guān)在路邊停車上的應(yīng)用。

圖2 LoRa在路邊停車的應(yīng)用

1.LoRa模塊(ZM470SX-M)，是基于Semtech公司 SX1278 自主研發(fā)的一款工業(yè)級(jí)射頻無(wú)線產(chǎn)品。相比傳統(tǒng)的窄帶調(diào)制技術(shù)，ZM433/470SX-M 模塊采用了擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)在抑制同頻干擾的性能方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案無(wú)法同時(shí)兼顧距離、抗擾和功耗的弊端。另外，芯片集成了+20dBm 的可調(diào)功率放大器，并可獲得超過(guò)-148dBm 的接收靈敏度，鏈路預(yù)算達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平，針對(duì)應(yīng)用于遠(yuǎn)距離傳輸且對(duì)可靠性要求極高的場(chǎng)合。

圖3 ZM470SX-M LoRa模塊

2. 網(wǎng)絡(luò)控制器(IoT-3968L)，以 Freescale i.MX287處理器為核心，ARM9內(nèi)核。采用雙MiniPCIE接口設(shè)計(jì)，滿足各種條件苛刻的工業(yè)應(yīng)用，特別是在對(duì)通信有很高要求的領(lǐng)域，完成LoRa，2G/3G/4G，WiFi,Zigbee 搭配接入通訊，可自定義適應(yīng)各類網(wǎng)關(guān)方案。

圖4 IoT-3968L網(wǎng)關(guān)控制器

3.整體解決方案，傳輸速率、工作頻段和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響傳感網(wǎng)絡(luò)特性的三個(gè)主要參數(shù)。通過(guò)調(diào)整擴(kuò)頻因子(數(shù)值為6~12)、調(diào)制帶寬及糾錯(cuò)率等變量，在通信速率及傳輸距離和抗干擾特性之間取得更好的平衡。在發(fā)射功率一定時(shí)，通常擴(kuò)頻因子被設(shè)置得越大，模塊可獲得的接收靈敏度就越高，通信距離將越遠(yuǎn)，但會(huì)同時(shí)導(dǎo)致通信速率降低。

LoRaWAN是由LoRa聯(lián)盟推出的一個(gè)低功耗廣域網(wǎng)規(guī)范。LoRaWAN瞄準(zhǔn)了物聯(lián)網(wǎng)中的一些核心需求--雙向通訊。LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)典型的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，LoRa網(wǎng)關(guān)是一個(gè)透明的中繼，連接前端終端設(shè)備和后端服務(wù)器。然而眾多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或多級(jí)中繼組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該規(guī)范協(xié)議往往無(wú)法很好的同時(shí)解決通信速率，傳輸距離，實(shí)時(shí)性，低功耗，多級(jí)組網(wǎng)之間的沖突。

未來(lái)，ZLG致遠(yuǎn)電子將推出網(wǎng)狀-星型結(jié)構(gòu)LoRaNet協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)由集中器，路由，終端組成。適用于數(shù)量眾多的終端通訊，而又對(duì)功耗敏感且傳輸數(shù)據(jù)量小的應(yīng)用場(chǎng)合，為用戶提供更加完整可靠的鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層支持。屆時(shí)LoRa可廣泛應(yīng)用于管道、地下井監(jiān)測(cè);電力計(jì)量、故障報(bào)警監(jiān)測(cè);畜牧養(yǎng)殖智能跟蹤、喂養(yǎng)控制;智能路燈的控制等行業(yè)。

當(dāng)然，LoRa技術(shù)不止可組建物聯(lián)網(wǎng)IoT感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，還能通利用LoRa無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供IoT設(shè)備的定位追蹤服務(wù)，如協(xié)助追蹤車輛、物品、寵物位置等等應(yīng)用。在這眾多的碎片式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，還存在大量未涉及領(lǐng)域，期待大家去發(fā)現(xiàn)和挖掘。