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中國LoRa網(wǎng)絡(luò)前景

 

物聯(lián)網(wǎng)被公認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，是下一個萬億級的產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用將遍及國民經(jīng)濟(jì)和社會服務(wù)各個領(lǐng)域，成為國際科技競爭的新高地。

 

未來幾年我國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)將持續(xù)快速發(fā)展，年均增長率30%左右，2014年我國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模6000億元，2015年達(dá)7500億元，預(yù)計(jì)到2020年將超過2萬億元。

 

 

低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中占據(jù)重要位置，因此芯片廠商、運(yùn)營商、大型設(shè)備商都開始對這個領(lǐng)域熱衷起來，已經(jīng)出現(xiàn)了NB-IoT，LoRa，Weightless等多個標(biāo)準(zhǔn)或者聯(lián)盟。LoRa網(wǎng)絡(luò)由于易于建設(shè)和部署，已成為當(dāng)前最為普遍應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。LoRa網(wǎng)絡(luò)部署已遍布?xì)W洲、美國、亞太等全球多個國家。隨著中國LoRa應(yīng)用聯(lián)盟（CLAA）的成立，LoRa技術(shù)的CLAA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案已經(jīng)形成，國內(nèi)LoRa網(wǎng)絡(luò)部署全面起跑，可以預(yù)見未來中國LoRa網(wǎng)絡(luò)有著廣闊的前景。

 

LoRa技術(shù)優(yōu)劣勢

 

LoRa作為一種無線技術(shù)，該技術(shù)核心專利是由Semtech公司于2012年3月從法國Cycleo公司購買，Semtech公司作為最大的芯片供應(yīng)商，是全球LoRa產(chǎn)業(yè)的主要推動者。

 

 

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；較低的數(shù)據(jù)速率也延長了電池壽命和增加了網(wǎng)絡(luò)的容量。LoRa信號對建筑的穿透力也很強(qiáng)。LoRa的這些技術(shù)特點(diǎn)更適合于低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署。

 

 

Lora應(yīng)用

 

隨著智慧城市的全面部署以及城市智能化、感知與互聯(lián)的發(fā)展需求，城市越來越多的碎片化終端設(shè)備需要低功耗長距離傳輸?shù)慕尤刖W(wǎng)絡(luò)。以LoRa為代表的低功耗、遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，有機(jī)會打破物聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)方面的瓶頸，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)端對端的成本大幅下降，引爆物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用。

 

Lora典型應(yīng)用：

 

智能建筑

 

對于建筑的改造，加入溫濕度、安全、有害氣體、水流監(jiān)測等傳感器并且定時的將監(jiān)測的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時更方便了用戶。通常來說這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務(wù)質(zhì)量，同時便攜式的家庭式網(wǎng)關(guān)便可以滿足需要。所以該場景LoRa是比較合適的選擇。

 

智慧水務(wù)

 

智慧水務(wù)通過數(shù)采儀、無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水壓表等在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時感知城市供排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施，形成“城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，并可將海量水務(wù)信息進(jìn)行及時分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。

 

智慧農(nóng)業(yè)

 

對農(nóng)業(yè)來說，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫濕度、二氧化碳、鹽堿度等傳感器的應(yīng)用對于農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量、減少水資源的消耗等有重要的意義，這些傳感器需要定期地上傳數(shù)據(jù)。LoRa十分適用于這樣的場景。

 

智慧油田

 

智慧油田利用各種在線的、實(shí)時測量的感知設(shè)備，諸如安裝在油氣水井、管道、油氣處理、加工、儲運(yùn)設(shè)備上的各種儀表等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議連接到企業(yè)網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

 

物流追蹤

 

追蹤或者定位市場的一個重要的需求就是終端的電池使用壽命。物流追蹤可以作為混合型部署的實(shí)際案例。物流企業(yè)可以根據(jù)定位的需要在需要場所部網(wǎng)，可以是倉庫或者運(yùn)輸車輛上，這時便攜式的基站便派上了用場。LoRa可以提供這樣的部署方案，同時LoRa有一個特點(diǎn)，在高速移動時通信相對更穩(wěn)定。LoRa更適合于物流追蹤。

 

國外加速部署LoRa網(wǎng)絡(luò)

 

目前LoRa網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在世界多地進(jìn)行試點(diǎn)或部署，截至目前最新公布的數(shù)據(jù)，已經(jīng)有17個國家公開宣布建網(wǎng)計(jì)劃，120多個城市地區(qū)有正在運(yùn)行的LoRa網(wǎng)絡(luò)，如美國、法國、德國、澳大利亞、印度等等國家，荷蘭、瑞士、韓國等更是部署或計(jì)劃部署覆蓋全國的LoRa網(wǎng)絡(luò)。

 

Orange、KPN、SK、TATA、軟銀、Senet、Comcast等各國主流電信運(yùn)營商已選擇LoRa來建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)，形成源于LoRaWAN的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并大范圍推廣。

 

美國網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商Senet已經(jīng)在美國110個城市超過125000平方公里的面積搭建了LoRa試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，其中包括了舊金山、波士頓、圣荷西等大型城市，同時計(jì)劃2017年在另外10個大型城市部署相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)，包括紐約、洛杉磯、華盛頓、芝加哥、費(fèi)城、達(dá)拉斯、西雅圖、圣地亞哥、亞特蘭大和丹佛，這將使得LoRa在美國覆蓋23個州的225個城市，覆蓋人口達(dá)到5千萬。

 

由英國政府支持的DigitalCatapult組織將在倫敦建設(shè)LoRa網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)將免費(fèi)提供給中小企業(yè)使用；Digital Catapult將和BT（英國電信）合作在倫敦一些區(qū)域（主要是大學(xué)園區(qū)）去建設(shè)50個LoRa基站。

 

韓國SK通信與540個合作公司一起部署的LoRa應(yīng)用服務(wù)大概有50項(xiàng)，其中現(xiàn)在主推的是與韓國農(nóng)村社區(qū)公司合作的農(nóng)業(yè)相關(guān)水位測量的項(xiàng)目，還有包括單車追蹤系統(tǒng)和定位監(jiān)視方案，貿(mào)易區(qū)分析方案，智能路燈控制方案等。

 

軟銀和Actility合作布建LoRa網(wǎng)路，以廣泛支持在日本的各種應(yīng)用，包括年長者照護(hù)追蹤、隧道狀況監(jiān)控、水表自動化等領(lǐng)域。

 

 

 

 

 

LoRa擴(kuò)頻通信

 

 

1944年，好萊塢26歲女影星HedyLamarr（號稱世界上最美麗的女人）發(fā)明了擴(kuò)頻通信技術(shù)，這種跳頻技術(shù)可以有效地抗擊干擾和實(shí)現(xiàn)加密。

 

 

后來人們發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)頻技術(shù)可以得到如下收益：從各種類型的噪聲和多徑失真中獲得免疫性；得到信噪比的增益。換句話說，使用擴(kuò)頻通信抗干擾性更強(qiáng)，通信距離更遠(yuǎn)。CDMA和WiFi都使用了擴(kuò)頻技術(shù)。

擴(kuò)頻調(diào)制的示意圖如下所示，用戶數(shù)據(jù)的原始信號與擴(kuò)展編碼位流進(jìn)行XOR（異或）運(yùn)算，生成發(fā)送信號流，這種調(diào)制帶來的影響是傳輸信號的帶寬有顯著增加（擴(kuò)展了頻譜）。

當(dāng)然擴(kuò)頻技術(shù)也不是萬能的，它至少有2個弊端：擴(kuò)展編碼調(diào)制生成更多片的數(shù)據(jù)流導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)率下降；較復(fù)雜的調(diào)制和解調(diào)機(jī)制。

 

長期以來，要提高通信距離常用的辦法是提高發(fā)射功率，同時也帶來更多的能耗。電池供電的設(shè)備（如水表）一般只能使用微功率無線通信，這樣一來就限制了其通信距離。現(xiàn)在，SemTech公司推出的LoRa射頻，因?yàn)椴捎昧藬U(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，從而在同等的功耗下取得更遠(yuǎn)的通信距離。

 

 

國內(nèi)LoRa網(wǎng)絡(luò)起跑

 

CLAA網(wǎng)絡(luò)推行開放的閉環(huán)、共享共建的運(yùn)營模式，使CLAA聯(lián)盟成員都是網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)者、運(yùn)營者、使用者和應(yīng)用開發(fā)者。通過CLAA網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營，讓物聯(lián)網(wǎng)真正走入民眾的生產(chǎn)、生活。通過廉價、靈活的物聯(lián)網(wǎng)部署，結(jié)合云數(shù)據(jù)平臺實(shí)現(xiàn)泛感知。物聯(lián)網(wǎng)信息可以被廣泛獲取，且被智能有序的管理，讓全民共享物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的價值。大中小型客戶及合作伙伴都能從CLAA網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和運(yùn)營中獲得收益，網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模越大、承載的應(yīng)用越多，收益越大。 

 

 

從垂直行業(yè)應(yīng)用來看，目前國內(nèi)已有大量基于LoRa的智慧園區(qū)、工業(yè)、農(nóng)林水利、能源、智慧城市等各個領(lǐng)域解決方案，不少方案已具備落地和規(guī)模化復(fù)制的基礎(chǔ)，這些使得LoRa在國內(nèi)規(guī)模化普及奠定了基礎(chǔ)。