终端节点数已超过1.45亿，LoRa新平台解决定位难题

电子发烧友网报道（文/程文智）根据业内人士的反馈，这几年物联网市场已经发展得还不错了，就是市场比较碎片化，需要针对每个细分的应用场景提供相应的解决方案。在物联网的连接方面也有很多技术可供选择，比如常用的WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa，以及最近几年比较热门的NB-IoT和Cat.1等等。其中LoRa是一种长距离、低功耗的无线射频通信技术，它的优点是客户可以使用非授权频段架设、安全可控的私有物联网。
 
LoRa在全球范围持续高速增长，截至2020年1月，全球已有157个国家或地区部署了LoRa网络或LoRaWAN网络，已部署 80 多万个基于 LoRa 的网关和超过1.45亿个基于 LoRa 的终端节点，预计到2023年LoRa技术将支撑全球43%的低功耗广域网（LPWAN）解决方案。另外，从LoRa联盟的会员数量可以看出从事LoRa产品开发的公司数量也在迅速增长。LoRa联盟现有约500个会员，其中许多来自中国，例如阿里巴巴和腾讯。
 
其实，LoRa在中国也有很成熟的市场生态，据Semtech中国区市场战略总监甘泉介绍，Semtech和电信运营商、网络和云平台服务商、模块和设备厂商、应用和系统开发商，甚至科研机构都形成了非常良性的合作关系，目前他们正共同携手推动LoRa在中国的生态演进，进而推动中国的物联网产业加速发展。

图1：Semtech中国区市场战略总监甘泉

不久前，Semtech联合多家LoRa生态合作伙伴腾讯云、阿里云、绿米联创、中兴克拉、安美通、利尔达、慧联无限、赋安、有方科技、门思科技、厦门四信、信锐技术等多家企业，举办了一场以“自组、安全、可控——LoRa网”为主题的论坛，分享了LoRa技术的最新进展，基于LoRa的新产品和新应用， LoRa生态在全球和中国的发展，以及LoRa技术在智能家居和楼宇、智能公用事业、智慧工厂、智慧园区、智慧物业、智慧校园等垂直应用领域的商业化落地成果。

图2：2020 LoRa创新应用论坛现场

 
LoRa网络的三大优势

LoRa是一个物理层的无线数字通信调制技术，称为扩频连续调频调制技术（ Chirp Modulation ）。常见的无线数字通信调制技术为FSK、ASK、PSK三种，运营商的NB-IoT、4G、5G以及Wi-Fi、蓝牙等几乎所有常见数字无线通信技术的物理层都是采用FSK、ASK、PSK这三种调制技术进行通信的。
 
LoRa只是一个物理层的调制技术，现在市面上的所有LoRa芯片，也只是完成简单的物理层工作。而市场上Wi-Fi、2G、3G、NB-IoT等其他芯片，都是带有自身协议栈的，为图1 OSI模型中的网络层+数据链路层+物理层。

图3：OSI网络分层示意图

 
LoRa的组网方式也有多种形式，可以根据不同的应用和需求进行选择。实际应用中常见的组网方式有点对点、星状、树状、网状、Mesh等。
 
当然，不同地区选择的组网方式也多不相同，比如LoRa生态在国外主要是运营商使用的LPWAN技术LoRaWAN；而国内LoRa的主要应用为私有网和专有网，被称之为“长Wi-Fi”，使用方式和Wi-Fi完全相同。但对比Wi-Fi，LoRa具有工作距离远、功耗低、传输速率低等特点。
 
在Semtech中国区销售副总裁黄旭东看来，LoRa网络主要有三大优势，即自组、安全、可控。
 
他认为，从自组角度看，LoRa支持独立组网，包括专网和私网等无线通信应用，可以根据应用需要和实际环境进行灵活的规划和部署，并且非常便于扩展，同时LoRa作为一种自组网络技术也获得了工信部52号公告的政策支持，现阶段不需要进行型号核准。
 
从安全角度看，LoRa技术继承了扩频技术的优点，一般设备很难侦破和干扰到LoRa信号，而且LoRa网络的数据加密和传输始终在私网内部完成，数据一直掌握在用户手中，可以实现真正的安全。
 
从可控角度看，用户通过LoRa技术可以灵活掌控网络覆盖范围和网络容量，同时在功耗、使用寿命、成本、产品供应等方面，LoRa技术也为用户提供了高度的可控性。”

图4：LoRa自组网的灵活性和便利性

全新定位解决方案LoRa Edge平台

定位功能是物联网应用中常用的一种功能，据Cisco预测，在未来10年，随着各机构不断转向更侧重于物联网的业务战略，全球将有5000亿台设备连接到互联网，其中大多数物联网设备无论在安装时，还是在整个资产生命周期内都需要某种形式的定位功能。为此，蓝牙最新的5.2标准特意将测向功能加入了其核心规范当中。
 
作为成熟的物联网连接技术，LoRa也是可以提供地理定位功能的，Semtech最新推出的LoRa Edge产品系列便是极具创新性的地理定位解决方案。这是一个基于LoRa的低功耗平台，可以软件设置定义。LoRa Edge将为室内和室外资产管理提供广泛的应用组合，其目标应用市场包括工业、楼宇、家居、农业、交通运输和物流等领域。
 
据甘泉介绍，该产品系列的第一款产品是一套地理定位解决方案，为资产管理应用开发了革命性的物联网器件，其特色是低功耗Wi-Fi和GNSS扫描功能，结合简单易用且经济高效的LoRa Cloud地理定位以及设备管理服务，可显著降低采用物联网来定位和监测资产的成本和复杂性。

图5：LoRa Edge的特色功能

 
“LoRa Edge的第一款芯片LR1110现已上市，这是一款集成度很高的芯片，集成了LoRa、GPS、北斗、Wi-Fi功能，既支持室内Wi-Fi定位，也支持室外GPS或北斗定位，而且拥有超低功耗和很高的安全性。可以说，这是一颗小而美的芯片。该产品系列的更多产品将于2020年陆续发布。”甘泉介绍道。

图6：LR1110的主要特性

 
据介绍，LR1110集成了LoRa收发器、GNSS扫描器和Wi-Fi无源扫描器，所有这些都安装在一个小型的5x5mm QFN32封装内，不再需要添加GNSS和Wi-Fi器件，LoRa Edge降低了设备的物料清单（BOM）成本，并显著降低了设计和采购复杂性。
 
除了降低成本，功耗也大大降低。一个传统的GPS解决方案在待机模式下大约消耗20uA，而发起定位时的功耗大约是20到26 mA。而LR1110在典型情况下的待机功耗不超过2 uA，因此功耗降低了10倍。当获取位置信号时，功率消耗为5到10ma，功率消耗减少了50%。

图7：LoRa Edge系统解决方案

 
此外，通过添加LoRa Cloud地理定位服务，以及提供简单易用且经济高效的到达时间差（TDOA）数据、GNSS和基于Wi-Fi的云位置计算功能，可以大幅减少设备的功耗需求，并提高资产管理效率。LoRa Edge使客户能够进一步管理总拥有成本（TCO），客户仅在需要进行资产定位时才付费。
 
当然，云端服务是可选择的，客户可以选择购买云服务，也可以选择自己搭建云服务器。客户可以根据自己的需求进行选择即可。

结语

目前，物联网无线连接技术可以供选择的技术有很多，不同的应用场景有不同的需求。甘泉认为，目前Semtech的策略是选择几个垂直的应用场景，深耕下去，将这个场景做好，做透。当然，要做好肯定离不开合作伙伴的共同合作。因此，Semtech非常重视LoRa生态系统的建设，LoRa联盟现有约500个会员，其中许多来自中国，例如阿里巴巴和腾讯。