LoRa 凭什么传的远、信噪比高、误码率低？

我们说的“劳拉”LoRa，不是古墓丽影里面的美女“劳拉”Lara。。。。

LoRaWAN是由LoRa联盟推出的一个低功耗广域网规范，这一技术可以为电池供电的无线设备提供区域、国家或全球的网络。LoRaWAN瞄准了物联网中的一些核心需求，如安全地双向通讯、移动化和本地服务。该技术无需本地复杂配置，即可以让智能设备实现无缝互操作性，给物联网领域的用户、开发者和企业自由操作权限。

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明的中继，连接前端终端设备和后端中央服务器。网关与服务器通过标准IP连接，而终端设备采用单跳与一个或多个网关通信，所有的节点均是双向通信。

终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，数据速率选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术，不同数据传输速率通信不会互相干扰，且会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。LoRaWAN网络数据传输速率范围为0.3 kbps至50 kbps，为了最大化终端设备电池寿命和整个网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应（ADR）方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出。

LoRa应用场景1：电力信息化

电网监控信息化：新的能源、环境和管理的促进，以及新的消费类需求等都意味着电网必须实现数字化、基于标准、自动化和可互操作的基础设施。电网的现代化取决于确保在电力的生成、传输、分配和消耗过程中的端到端连通性、可靠性和安全性。

塔式太阳能热发电站：

该太阳能电站项目建设安装了过万片的反射镜面，所有镜面由电控系统控制转动，每个镜面集成两个电机实现水平和垂直的转动，确保反射的日光集中到塔上，电机采用步进电机伺服控制法，镜面上安装一小块光伏板，产生电能给电控板供电，镜面的实时角度数据通过无线通信与控制中心连接下达。

LoRa应用场景2：农业信息化

农村信息化是通讯技术和计算机技术在农村生产、生活和社会管理中实现普遍应用和推广的过程。农村信息化是社会信息化的一部分，它首先是一种社会经济形态，是农村经济发展到某一特定过程的概念描述。它不仅包括农业信息技术，还应包括微电子技术、通信技术、光电技术等在农村生产、生活、管理等方面普遍而系统应用的过程。农村信息化包括了传统农业发展到现代农业进而向信息农业演进的过程，又包含在原始社会发展到资本社会进而向信息社会发展的过程中。

LoRaWAN实现农业传感器互连，无通信资费，多节点，低功耗，低成本，传输距离远等特点。

LoRa应用场景3：工业信息化

（1）实时监控储罐内LNG存储情况（液位、压力、温度），及时发现液体分层、翻滚、升温、泄露及混凝土筒壁裂缝、沉降等危险状况；

（2）定期分析管道的压力流量变化趋势，建立全运营期的数字化、信息化档案，科学、合理地协助管道的管理和养护；

（3）及时把握管道、储液罐结构运营阶段的工作状态，识别结构损伤以及评定结构的安全、可靠性与耐久性；

（4）为运营、维护、管理提供决策依据，可以使得既有管道、储液罐的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济；

（5）验证管道、储液罐设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高管道铺设、储液罐设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景

LoRa应用场景4：环境监测

温度、湿度、风速

水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位

以上这些场景，充分发挥了LoRa的特点：

低功耗、远距离、多节点、低成本

组网的便捷性是用户最大的需求

在互联网时代，联网的设备主要是手机、平板、电脑等设备，人均设备数量较少，每人仅需对几个设备做配置即可。但是未来物联网设备连接的数量会远远大于互联网的联机设备数量，人均设备数量大大增加，每人可能需要对超过10个设备的连接进行配置，配置工作量大大增加。这时用户一定会选择最便捷配置的连接方式，当然设备若可自动组网、自行连接，无需用户配置是最好的。

从国内物联网的发展历程来看，其实是用户配置的便捷性帮助企业选择了网络连接方式。比如智能家居领域，目前智能单品最普及的通讯方式是WIFI协议(智能家居整体解决方案还是以有线协议为主)。为什么WIFI协议能够暂时领先于其他协议?究其原因主要有两个：一个是路由器普及率较高，用户无需再组网即可使用;另一个现在WIFI协议的配置相对简单。

所以说设备组网、配置的便捷性对物联网的普及影响巨大，从用户角度出发，能否实现便捷组网也是决定未来物联网通讯协议的关键。

设备能耗也是用户一大痛点

未来物联网的连接设备数量巨大，由于环境影响，很多设备是不方便通过有线连接的，也就是说没有有线电源供给，只能使用电池供电。但对于使用电池的设备，若频繁地更换电池会增加用户很多工作量。

在智能家居领域，由于WIFI配置的便捷性，智能单品使用WIFI通讯协议的产品比例最大，不过WIFI通讯的高功耗也是无可置疑的。因此，目前很多做WIFI通讯方案的企业都想办法解决功耗的问题。

目前，通信领域最为炙手可热的是4G网络的商用和5G的研发，在追求高宽带、大容量网络的同时，也有一些企业从用户需求传导中看到适用于物联网的网络标准和协议的需求，进行卓有成效的研发。在已成熟的专用于物联网的网络标准中，LoRa是一个典型的代表。笔者最近拜访了一家LoRa模块企业，从中学习了LoRa的一些特点，发现LoRa能够非常有效地解决了物联网设备组网便捷性和功耗的痛点，且能够实现远距离传输。

LoRa采用星型网络架构，与网状网络架构相比，它是具有最低延迟的最简单的网络结构。基于LoRa的扩频芯片，可以实现节点与集中器直接组网连接，构成星形;对于远距离的结点，可使用网关设备进行中继组网连接。LoRa网络供应商既可以搭建覆盖范围较广的广域网基础设施，也可以通过简单的网关设备搭建局域网，只要物联网设备中嵌入LoRa芯片或模块，即可快速实现组网和快速配置。广域网和局域网两种环境中均可实现便捷组网，在与以自组网见长的ZigBee协议比较，具有明显的优势。

低功耗无疑是LoRa网络技术的最大特点，LoRa使用扩频调制技术，可解调低于20 dB的噪声，这确保了高灵敏度和可靠的网络连接，而使用不同的扩频因子就可以改变扩频系统的传输速率，且可变的扩频因子提高了整个网络的系统容量，因为采用不同扩频因子的信号可以在一个信道中共存。与传统采用固定速率的FSK系统相比，LoRa协议的星形拓扑结构消除了同步开销和跳数，因而降低了功耗，一般来说95%的节点只占用10%的总能耗。

在实际应用中，采用LoRa协议的物联网设备无线通信距离超过15公里(郊区环境)，电池使用寿命可达10年以上，并且能够将数百万的无线传感器节点与LoRa技术网关连接起来，这一优势是传统网络通讯标准无法达到的。

目前，采用LoRa技术的物联网络已开始商用，将各类电池供电的设备连接起来。在用户需求的推动下，可以预测，类似LoRa的网络也将成为物联网领域的下一个风口，切实有效地解决物联网设备“互联”方面的痛点，进一步打破物联网发展的瓶颈。

物联网安全：

适用于物联网的覆盖全国的网络需要解决诸如关键性基础设施、机密的个人数据或社会公共服务等安全通信的问题，这方面一般采用多层加密的方式来解决：

·唯一网络密钥（EU164）并保证网络层安全

·唯一应用密钥（EU164）并保证应用层端到端的安全

·设备特别密钥（EUI128）

LoRaWAN网络各节点具有多层级安全方案，保证各类应用的不同需求：

·双向通信终端设备（A等级）：处于A等级的终端设备允许双向通信，每一终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求，其微调是基于一个随机的时间基准（ALOHA协议）。A等级的终端设备应用中功耗最低，在终端发送一个上行传输信号后才能与服务器进行下行通信，与服务器任何时候的下行通信都只能是在上行通信之后。

·具有预设接收槽的双向通信终端设备（B等级）：B等级的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收到一个Beacon，这一方式会让服务器了解终端设备正在“倾听”。

·具有最大接收槽的双向通信终端设备（C等级）：C等级的终端设备几乎持续为接收窗口开放，只在传输时关闭。

目前，全球两大主流物联网网络NB-IoT与LoRa在中国迅猛发展，有关部门统计一千多款物联网应用产品已落地中国各省。据悉，70%的企业积极寻求成熟、可靠且快速落地的物联网产品，多数企业向福州市协成智慧科技有限公司采购NB-IoT和LoRa物联网解决方案，采购包括LoRa网关、烟感、水监测、红外探测、定位、排插等数十款物联网产品，另外代开发NB-IoT和LoRa物联网产品，以便快速圈地开展物联网业务，跻身全国各地市物联网龙头。“世界物联网发展看中国”形势正逐渐形成。