物聯(lián)網(wǎng)中的LoRa究竟是什么

物聯(lián)網(wǎng)正成風(fēng)口。

如今處于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，無線通信技術(shù)也得以邁步發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的多種連接技術(shù)里，不僅需要速率和穩(wěn)定性更高的5G技術(shù)，也需要低功耗、遠(yuǎn)距離、大連接的LPWAN（Low－Power Wide－Area Network，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)。

其中，LoRaWAN以其獨(dú)特的靈活性脫穎而出，得到物聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)可。

提到LoRaWAN，就不得不提到LoRa，LoRa是LoRaWan的一個(gè)子集，屬于物理層的一種調(diào)制技術(shù)，采用線性調(diào)制擴(kuò)頻的方式，能顯著提高接收靈敏度，實(shí)現(xiàn)了比其它調(diào)制方式更遠(yuǎn)的通信距離。

LoRa作為LPWAN主流技術(shù)之一，正在賦能智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。

關(guān)于LoRa技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢，且看下文。

關(guān)于LoRa，你了解多少？

LoRa的名字是遠(yuǎn)距離無線電（Long Range Radio），作為一種線性調(diào)頻擴(kuò)頻的調(diào)制技術(shù)，最早由法國幾位年輕人創(chuàng)立的一家創(chuàng)業(yè)公司Cycleo推出，2012年Semtech收購了這家公司，并將這一調(diào)制技術(shù)封裝到芯片中，基于LoRa技術(shù)開發(fā)出一整套LoRa通信芯片解決方案，包括用于網(wǎng)關(guān)和終端上不同款的LoRa芯片，開啟了LoRa芯片產(chǎn)品化之路。

不過，僅僅一個(gè)基于LoRa調(diào)制技術(shù)的收發(fā)芯片還遠(yuǎn)不足以撬動(dòng)廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場，在此后的發(fā)展歷程中，由于多家廠商發(fā)起的LoRa聯(lián)盟，以及推出不斷迭代的LoRaWAN規(guī)范，催生出一個(gè)全球數(shù)百家廠商支持的廣域組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系，從而形成廣泛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

推動(dòng)這一生態(tài)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例等都是多個(gè)廠商共同參與的過程，這些也是形成目前龐大產(chǎn)業(yè)生態(tài)更為關(guān)鍵的元素，而它們并不屬于Semtech 單個(gè)公司所有，比如LoRaWAN規(guī)范是一個(gè)全球多個(gè)廠商共同參與的開放標(biāo)準(zhǔn)，任何組織或個(gè)人都可以根據(jù)這一規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署。

相較于大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀拓樸，易于不斷擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，但缺點(diǎn)在于使用各種不相關(guān)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息，路由迂回，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和總功耗。LoRa采用星狀拓樸（TMD組網(wǎng)方式），網(wǎng)關(guān)星狀連接終端節(jié)點(diǎn)，但終端節(jié)點(diǎn)并不綁定唯一網(wǎng)關(guān)，相反，終端節(jié)點(diǎn)的上行數(shù)據(jù)可發(fā)送給多個(gè)網(wǎng)關(guān)。理論上來說，用戶可以通過Mesh、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者星形的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。

LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行（即非授權(quán)頻段），包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架由終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器四部分組成，應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

LoRa是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調(diào)制， 相較于傳統(tǒng)的FSK技術(shù)以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術(shù)，LoRa基于CSS調(diào)制技術(shù)（Chirp Spread Spectrum）在保持低功耗的同時(shí)極大地增加了通訊范圍，且CSS技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

此外，LoRa技術(shù)不需要建設(shè)基站，一個(gè)網(wǎng)關(guān)便可控制較多設(shè)備，并且布網(wǎng)方式較為靈活，可大幅度降低建設(shè)成本。

LoRa因其功耗低，傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合，因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計(jì)、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流等多個(gè)垂直行業(yè)，前景廣闊。

LoRa的特性總結(jié)：

傳輸距離：城鎮(zhèn)可達(dá)2－5 Km ， 郊區(qū)可達(dá)15 Km 。

工作頻率：ISM 頻段 包括433、868、915 MH等。

標(biāo)準(zhǔn)：IEEE 802．15．4g。

調(diào)制方式：基于擴(kuò)頻技術(shù)，線性調(diào)制擴(kuò)頻（CSS）的一個(gè)變種，具有前向糾錯(cuò)（FEC）能力，semtech公司私有專利技術(shù)。

容量：一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬個(gè)LoRa節(jié)點(diǎn)。

電池壽命：長達(dá)10年。

安全：AES128加密。

傳輸速率：幾百到幾十Kbps，速率越低傳輸距離越長，這很像一個(gè)人挑東西，挑的多走不太遠(yuǎn)，少了可以走遠(yuǎn)。

LoRa發(fā)展現(xiàn)狀

大約從2014年起，國內(nèi)首批企業(yè)開始研發(fā)LoRa相關(guān)產(chǎn)品，至今經(jīng)過5年的時(shí)間，LoRa已經(jīng)從一個(gè)小范圍使用的小無線技術(shù)成長為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無人不曉的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

去年年初，工信部無線電管理局發(fā)布《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求（征求意見稿）》的意見，其中提到了470－510MHz頻段的使用允許用于無線傳聲器，明確用于傳送聲音的無線電設(shè)備，而非數(shù)據(jù)；同時(shí)強(qiáng)調(diào)“限單頻點(diǎn)使用，不能用于組網(wǎng)應(yīng)用”。一封針對(duì)LoRa組網(wǎng)應(yīng)用的征求意見稿受到行業(yè)人士的廣泛關(guān)注，使得LoRa網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)的發(fā)展一度面臨困境。

最終，在產(chǎn)業(yè)各界人士的努力下，工信部的規(guī)定沒有明確指出不能組網(wǎng)，而是表示可以做局域網(wǎng)，對(duì)具體應(yīng)用也解除了限制，從而解決了LoRa在國內(nèi)發(fā)展的不確定性問題。另一方面，隨著幾大互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊、谷歌以及阿里相繼加入LoRa聯(lián)盟，為LoRa的生態(tài)圈引入了強(qiáng)援，一起應(yīng)對(duì)LoRa發(fā)展過程中所面臨的難題。

科技巨頭紛紛入局LoRa、加入LoRa聯(lián)盟，可以看出各企業(yè)都希望借助LoRa這個(gè)切入點(diǎn)來確立自身在物聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位。阿里和騰訊兩大互聯(lián)網(wǎng)巨頭將LoRa作為其物聯(lián)網(wǎng)布局的重要入口，主推的LinkWAN平臺(tái)和TTN平臺(tái)對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈上下游的帶動(dòng)作用非常明顯。另外，鐵塔、聯(lián)通以及廣電等群體也開始針對(duì)LoRa產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局，進(jìn)一步促進(jìn)其在各行業(yè)應(yīng)用的落地。

從目前的市場結(jié)構(gòu)看，國內(nèi)已有上千家企業(yè)參與到LoRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)中，呈現(xiàn)出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)共同參與的格局。國內(nèi)提供給LoRa發(fā)展的產(chǎn)業(yè)大環(huán)境不斷向好，LoRa聯(lián)盟自身力量也在不斷壯大。

據(jù)資料了解，2018年國內(nèi)LoRa芯片出貨量達(dá)到數(shù)千萬片，其中，模組和表計(jì)廠商占據(jù)大部分采購份額，基站廠商采購量位居其次。除此之外，國內(nèi)還有大量分散的模組、終端廠商也會(huì)直接采購LoRa芯片，雖然都是小批量，但加起來規(guī)模還算可觀。

對(duì)于大部分模組、終端、系統(tǒng)和應(yīng)用廠商來說，它們對(duì)于各種技術(shù)是中立的，選擇何種技術(shù)路線大部分是一種純市場化行為。LoRa芯片是支持整個(gè)產(chǎn)業(yè)的重要底層元器件，但整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的形成還要靠多種力量共同努力，這種力量在國內(nèi)已經(jīng)形成。LoRa相關(guān)產(chǎn)品靈活性較強(qiáng)已成業(yè)界共識(shí)，不僅僅在于能夠在各種環(huán)境下自主部署網(wǎng)絡(luò)，還在于各類開發(fā)者能夠選擇多個(gè)平臺(tái)，快速得到開發(fā)支持。

近一年來，LoRa在智慧城市、智能園區(qū)、智慧建筑、智慧安防等垂直領(lǐng)域也有了大量落地的行業(yè)應(yīng)用。Semtech物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)總監(jiān)Vivek Mohan曾表示，目前全球大量的垂直行業(yè)中已形成300多個(gè)應(yīng)用場景。

多維度下的LoRa

從需求角度上看：國內(nèi)的LoRa芯片需求呈現(xiàn)分散化的狀態(tài)。一方面，由于參與LoRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)的行業(yè)較多，很難形成壟斷性的需求方；另一方面，相應(yīng)模組、終端的進(jìn)入門檻不高，很多中小型團(tuán)隊(duì)和終端廠商也可以快速推出LoRa硬件產(chǎn)品，這是一個(gè)充分競爭性的市場。

從技術(shù)生態(tài)上看：LoRa是一種物理層的調(diào)制技術(shù)，可將其用于不同的協(xié)議中，比如LoRaWAN協(xié)議、CLAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、LoRa私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、LoRa數(shù)據(jù)透傳。隨著使用協(xié)議的不同，最終的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)形態(tài)也會(huì)有所不同。其中，LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟推動(dòng)的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議，同時(shí)LoRa聯(lián)盟將LoRaWAN進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，以確保不同國家的LoRa網(wǎng)絡(luò)是可以互操作的。截至目前，LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)已建立起“LoRa芯片－模組－傳感器－基站或網(wǎng)關(guān)－網(wǎng)絡(luò)服務(wù)－應(yīng)用服務(wù)”的完整生態(tài)鏈。

從數(shù)據(jù)結(jié)果上看：Semtech提供的數(shù)據(jù)表明，在網(wǎng)絡(luò)部署方面，70多個(gè)國家，100多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商部署了LoRa網(wǎng)絡(luò)，并且最近幾年LoRa的市場體量一直保持著高速增長。同時(shí)，其部署的LoRa基站，則從7萬臺(tái)增加到20多萬臺(tái)，能支持約12億個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)際部署的節(jié)點(diǎn)超過9000萬個(gè)。

從規(guī)模程度上看：美國Semtech公司是全球LoRa技術(shù)應(yīng)用的主要推動(dòng)者，Semtech為促進(jìn)其他公司共同參與到LoRa生態(tài)中，于2015年2月聯(lián)合Actility、Cisco和IBM等多家廠商共同發(fā)起創(chuàng)立LoRa聯(lián)盟。經(jīng)過四年的時(shí)間發(fā)展，目前LoRa聯(lián)盟在全球擁有超過500個(gè)會(huì)員。

中國市場是LoRa全球生態(tài)建設(shè)中非常重要的部分。2018年，阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)巨頭均以最高級(jí)別會(huì)員身份加入LoRa聯(lián)盟，同時(shí)，克拉科技、地方廣電、浙江聯(lián)通、聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)公司等LoRa生態(tài)伙伴也開始在各地積極部署LoRa網(wǎng)絡(luò)。

從政策導(dǎo)向上看：盡管工信部發(fā)布了《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求（征求意見稿）》，一時(shí)之間使得LoRa的商用前景變得不夠明朗。但是并沒有讓LoRa銷聲匿跡，在業(yè)界生態(tài)伙伴的大力支持下，反而生命力愈加頑強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)不斷壯大。

結(jié)語

LoRa技術(shù)是Semtech公司的專利，其LoRa芯片產(chǎn)品期初也是獨(dú)家供應(yīng)，但單一的LoRa產(chǎn)品必然會(huì)帶來產(chǎn)品價(jià)格、功能等方面的局限性。

2018年Semtech開始改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品營銷模式，授權(quán)IP給一些公司做LoRa產(chǎn)品，形成了多供應(yīng)商的市場供應(yīng)局面，LoRa芯片供應(yīng)廠家通過走差異化路線，融合不同功能的芯片，滿足更多差異化應(yīng)用的需求，如LoRa＋GPS獲取位置信息，LoRa＋BLE與本地近場設(shè)備連接通信，LoRa＋安全芯片增強(qiáng)設(shè)備的安全性等，來共同做大市場。

未來，或許會(huì)有更多的LoRa芯片供應(yīng)商，市場做大也符合Semtech公司的利益。

綜上所述，可以看到，不論從技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還是生態(tài)建設(shè)，LoRa依然是一個(gè)市場化行為為主導(dǎo)的技術(shù)選項(xiàng)，大國之間政治經(jīng)濟(jì)博弈對(duì)于LoRa供求各方產(chǎn)生的影響很小。采用LoRa通信的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中包含非常多的技術(shù)和元素，很多價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通信本身，未來發(fā)展中，業(yè)界應(yīng)該更多聚焦于應(yīng)用價(jià)值的創(chuàng)造，聚焦于市場化行為和商業(yè)模式，以求在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代贏得先機(jī)。