LORA技術的發展和簡介

  現如今正處于物聯網的時代,得益于物聯網技術的發展,無線通信技術也同樣受到了高度的重視,在各種的無線通信技術中,我們不僅僅需要速率和穩定性更高的5G技術,同樣的我們也需要功耗低、距離遠、連接大的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功耗廣域網絡)技術,多樣性的發展才能使我們能根據各自不同的情況也能選到適合的通信技術。

  其中,LORAWAN技術因其獨特的靈活性,受到了廣大物聯網用戶的認可。

  而提到LORAWAN技術,就不得不提到LORA技術,LORA是LORAWAN的一個子集,屬于其中物理層的一種調制技術,采用了線性調制擴頻的方式,能夠顯著的提高其的接受靈敏度,實現了比其他調制技術更遠的通信距離。

  LORA作為LPWAN中的主流技術之一,正在賦予智慧城市中的物聯網轉型。

LORA技術的發展和簡介

  關于 LoRa,你了解多少?

  LoRa 的名字是遠距離無線電(Long Range Radio),作為一種線性調頻擴頻的調制技術,最早由法國幾位年輕人創立的一家創業公司 Cycleo 推出,2012 年 Semtech 收購了這家公司,并將這一調制技術封裝到芯片中,基于 LoRa 技術開發出一整套 LoRa 通信芯片解決方案,包括用于網關和終端上不同款的 LoRa 芯片,開啟了 LoRa 芯片產品化之路。

  不過,僅僅一個基于LoRa技術的收發芯片還遠不足以撬動廣闊的物聯網市場,在此后的發展歷程中,由于多家廠商發起的 LoRa 聯盟,以及推出不斷迭代的 LoRaWAN 規范,催生出一個全球數百家廠商支持的廣域組網標準體系,從而形成廣泛的產業生態。

  推動這一生態的相關技術標準、產品設計、應用案例等都是多個廠商共同參與的過程,這些也是形成目前龐大產業生態更為關鍵的元素,而它們并不屬于 Semtech 單個公司所有,比如 LoRaWAN 規范是一個全球多個廠商共同參與的開放標準,任何組織或個人都可以根據這一規范進行產品開發和網絡部署。

  相較于大多數的網絡采用網狀拓樸,易于不斷擴張網絡規模,但缺點在于使用各種不相關的節點轉發消息,路由迂回,增加了系統復雜性和總功耗。LoRa 采用星狀拓樸(TMD 組網方式),網關星狀連接終端節點,但終端節點并不綁定唯一網關,相反,終端節點的上行數據可發送給多個網關。理論上來說,用戶可以通過 Mesh、點對點或者星形的網絡協議和架構實現靈活組網。

LORA網絡構架

  LoRa 主要在全球免費頻段運行(即非授權頻段),包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 網絡構架由終端節點、網關、網絡服務器和應用服務器四部分組成,應用數據可雙向傳輸。

  LoRa 是創建長距離通訊連接的物理層或無線調制, 相較于傳統的 FSK 技術以及穩定性和安全性不足的短距離射頻技術,LoRa 基于 CSS 調制技術(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同時極大地增加了通訊范圍,且 CSS 技術數十年已經廣受軍事和空間通訊所采用,具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。

  此外,LoRa 技術不需要建設基站,一個網關便可控制較多設備,并且布網方式較為靈活,可大幅度降低建設成本。

LORA技術的發展和簡介

  LoRa 因其功耗低,傳輸距離遠,組網靈活等諸多特性與物聯網碎片化、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、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農業、智能物流等多個垂直行業,前景廣闊。

  LoRa 的特性總結:

  傳輸距離:城鎮可達 2-5 Km , 郊區可達 15 Km 。

  工作頻率:ISM 頻段包括 433、868、915 MH 等。

  標準:IEEE 802.15.4g。

  調制方式:基于擴頻技術,線性調制擴頻(CSS)的一個變種,具有前向糾錯(FEC)能力,semtech 公司私有專利技術。

  容量:一個 LoRa 網關可以連接上千上萬個 LoRa 節點。

  電池壽命:長達 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,這很像一個人挑東西,挑的多走不太遠,少了可以走遠。

  LoRa 發展現狀

  大約從 2014 年起,國內首批企業開始研發 LoRa 相關產品,至今經過 5 年的時間,LoRa 已經從一個小范圍使用的小無線技術成長為物聯網領域無人不曉的事實標準。

  去年年初,工信部無線電管理局發布《微功率短距離無線電發射設備技術要求(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備,而非數據;同時強調“限單頻點使用,不能用于組網應用”。一封針對 LoRa 組網應用的征求意見稿受到行業人士的廣泛關注,使得 LoRa 網絡在國內的發展一度面臨困境。

  最終,在產業各界人士的努力下,工信部的規定沒有明確指出不能組網,而是表示可以做局域網,對具體應用也解除了限制,從而解決了 LoRa 在國內發展的不確定性問題。另一方面,隨著幾大互聯網巨頭騰訊、谷歌以及阿里相繼加入 LoRa 聯盟,為 LoRa 的生態圈引入了強援,一起應對 LoRa 發展過程中所面臨的難題。

  科技巨頭紛紛入局 LoRa、加入 LoRa 聯盟,可以看出各企業都希望借助 LoRa 這個切入點來確立自身在物聯網和產業互聯網領域的地位。阿里和騰訊兩大互聯網巨頭將 LoRa 作為其物聯網布局的重要入口,主推的 LinkWAN 平臺和 TTN 平臺對于產業鏈上下游的帶動作用非常明顯。另外,鐵塔、聯通以及廣電等群體也開始針對 LoRa 產業進行布局,進一步促進其在各行業應用的落地。

  從目前的市場結構看,國內已有上千家企業參與到 LoRa 產業生態中,呈現出大中小型企業、傳統企業與互聯網企業共同參與的格局。國內提供給 LoRa 發展的產業大環境不斷向好,LoRa 聯盟自身力量也在不斷壯大。

  據資料了解,2018 年國內 LoRa 芯片出貨量達到數千萬片,其中,模組和表計廠商占據大部分采購份額,基站廠商采購量位居其次。除此之外,國內還有大量分散的模組、終端廠商也會直接采購 LoRa 芯片,雖然都是小批量,但加起來規模還算可觀。

  對于大部分模組、終端、系統和應用廠商來說,它們對于各種技術是中立的,選擇何種技術路線大部分是一種純市場化行為。LoRa 芯片是支持整個產業的重要底層元器件,但整個產業結構的形成還要靠多種力量共同努力,這種力量在國內已經形成。LoRa 相關產品靈活性較強已成業界共識,不僅僅在于能夠在各種環境下自主部署網絡,還在于各類開發者能夠選擇多個平臺,快速得到開發支持。

  近一年來,LoRa 在智慧城市、智能園區、智慧建筑、智慧安防等垂直領域也有了大量落地的行業應用。Semtech 物聯網業務總監 Vivek Mohan 曾表示,目前全球大量的垂直行業中已形成 300 多個應用場景。

  多維度下的 LoRa

  從需求角度上看:國內的 LoRa 芯片需求呈現分散化的狀態。一方面,由于參與 LoRa 產業生態的行業較多,很難形成壟斷性的需求方;另一方面,相應模組、終端的進入門檻不高,很多中小型團隊和終端廠商也可以快速推出 LoRa 硬件產品,這是一個充分競爭性的市場。

  從技術生態上看:LoRa 是一種物理層的調制技術,可將其用于不同的協議中,比如 LoRaWAN 協議、CLAA 網絡協議、LoRa 私有網絡協議、LoRa 數據透傳。隨著使用協議的不同,最終的產品和業務形態也會有所不同。其中,LoRaWAN 協議是由 LoRa 聯盟推動的一種低功耗廣域網協議,同時 LoRa 聯盟將 LoRaWAN 進行了標準化,以確保不同國家的 LoRa 網絡是可以互操作的。截至目前,LoRaWAN 標準已建立起“LoRa 芯片-模組-傳感器-基站或網關-網絡服務-應用服務”的完整生態鏈。

  從數據結果上看:Semtech 提供的數據表明,在網絡部署方面,70 多個國家,100 多家網絡運營商部署了 LoRa 網絡,并且最近幾年 LoRa 的市場體量一直保持著高速增長。同時,其部署的 LoRa 基站,則從 7 萬臺增加到 20 多萬臺,能支持約 12 億個節點,實際部署的節點超過 9000 萬個。

  從規模程度上看:美國 Semtech 公司是全球 LoRa 技術應用的主要推動者,Semtech 為促進其他公司共同參與到 LoRa 生態中,于 2015 年 2 月聯合 Actility、Cisco 和 IBM 等多家廠商共同發起創立 LoRa 聯盟。經過四年的時間發展,目前 LoRa 聯盟在全球擁有超過 500 個會員。

  中國市場是 LoRa 全球生態建設中非常重要的部分。2018 年,阿里巴巴、騰訊、京東等互聯網巨頭均以最高級別會員身份加入 LoRa 聯盟,同時,克拉科技、地方廣電、浙江聯通、聯通物聯網公司等 LoRa 生態伙伴也開始在各地積極部署 LoRa 網絡。

  從政策導向上看:盡管工信部發布了《微功率短距離無線電發射設備技術要求(征求意見稿)》,一時之間使得 LoRa 的商用前景變得不夠明朗。但是并沒有讓 LoRa 銷聲匿跡,在業界生態伙伴的大力支持下,反而生命力愈加頑強,產業生態不斷壯大。

  結語

  LoRa 技術是 Semtech 公司的專利,其 LoRa 芯片產品期初也是獨家供應,但單一的 LoRa 產品必然會帶來產品價格、功能等方面的局限性。

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

  未來,或許會有更多的 LoRa芯片供應商,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、供應鏈體系、產業結構還是生態建設,LoRa 依然是一個市場化行為為主導的技術選項,大國之間政治經濟博弈對于 LoRa 供求各方產生的影響很小。采用 LoRa 通信的物聯網項目中包含非常多的技術和元素,很多價值遠遠超過通信本身,未來發展中,業界應該更多聚焦于應用價值的創造,聚焦于市場化行為和商業模式,以求在物聯網時代贏得先機。


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