LORA技术的发展和简介

  现如今正处于物联网的时代,得益于物联网技术的发展,无线通信技术也同样受到了高度的重视,在各种的无线通信技术中,我们不仅仅需要速率和稳定性更高的5G技术,同样的我们也需要功耗低、距离远、连接大的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功耗广域网络)技术,多样性的发展才能使我们能根据各自不同的情况也能选到适合的通信技术。

  其中,LORAWAN技术因其独特的灵活性,受到了广大物联网用户的认可。

  而提到LORAWAN技术,就不得不提到LORA技术,LORA是LORAWAN的一个子集,属于其中物理层的一种调制技术,采用了线性调制扩频的方式,能够显著的提高其的接受灵敏度,实现了比其他调制技术更远的通信距离。

  LORA作为LPWAN中的主流技术之一,正在赋予智慧城市中的物联网转型。

LORA技术的发展和简介

  关于 LoRa,你了解多少?

  LoRa 的名字是远距离无线电(Long Range Radio),作为一种线性调频扩频的调制技术,最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司 Cycleo 推出,2012 年 Semtech 收购了这家公司,并将这一调制技术封装到芯片中,基于 LoRa 技术开发出一整套 LoRa 通信芯片解决方案,包括用于网关和终端上不同款的 LoRa 芯片,开启了 LoRa 芯片产品化之路。

  不过,仅仅一个基于LoRa技术的收发芯片还远不足以撬动广阔的物联网市场,在此后的发展历程中,由于多家厂商发起的 LoRa 联盟,以及推出不断迭代的 LoRaWAN 规范,催生出一个全球数百家厂商支持的广域组网标准体系,从而形成广泛的产业生态。

  推动这一生态的相关技术标准、产品设计、应用案例等都是多个厂商共同参与的过程,这些也是形成目前庞大产业生态更为关键的元素,而它们并不属于 Semtech 单个公司所有,比如 LoRaWAN 规范是一个全球多个厂商共同参与的开放标准,任何组织或个人都可以根据这一规范进行产品开发和网络部署。

  相较于大多数的网络采用网状拓朴,易于不断扩张网络规模,但缺点在于使用各种不相关的节点转发消息,路由迂回,增加了系统复杂性和总功耗。LoRa 采用星状拓朴(TMD 组网方式),网关星状连接终端节点,但终端节点并不绑定唯一网关,相反,终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说,用户可以通过 Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构实现灵活组网。

LORA网络构架

  LoRa 主要在全球免费频段运行(即非授权频段),包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 网络构架由终端节点、网关、网络服务器和应用服务器四部分组成,应用数据可双向传输。

  LoRa 是创建长距离通讯连接的物理层或无线调制, 相较于传统的 FSK 技术以及稳定性和安全性不足的短距离射频技术,LoRa 基于 CSS 调制技术(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同时极大地增加了通讯范围,且 CSS 技术数十年已经广受军事和空间通讯所采用,具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

  此外,LoRa 技术不需要建设基站,一个网关便可控制较多设备,并且布网方式较为灵活,可大幅度降低建设成本。

LORA技术的发展和简介

  LoRa 因其功耗低,传输距离远,组网灵活等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求十分的契合,因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业,前景广阔。

  LoRa 的特性总结:

  传输距离:城镇可达 2-5 Km , 郊区可达 15 Km 。

  工作频率:ISM 频段包括 433、868、915 MH 等。

  标准:IEEE 802.15.4g。

  调制方式:基于扩频技术,线性调制扩频(CSS)的一个变种,具有前向纠错(FEC)能力,semtech 公司私有专利技术。

  容量:一个 LoRa 网关可以连接上千上万个 LoRa 节点。

  电池寿命:长达 10 年。

  安全:AES128 加密。

  传输速率:几百到几十 Kbps,速率越低传输距离越长,这很像一个人挑东西,挑的多走不太远,少了可以走远。

  LoRa 发展现状

  大约从 2014 年起,国内首批企业开始研发 LoRa 相关产品,至今经过 5 年的时间,LoRa 已经从一个小范围使用的小无线技术成长为物联网领域无人不晓的事实标准。

  去年年初,工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求(征求意见稿)》的意见,其中提到了 470-510MHz 频段的使用允许用于无线传声器,明确用于传送声音的无线电设备,而非数据;同时强调“限单频点使用,不能用于组网应用”。一封针对 LoRa 组网应用的征求意见稿受到行业人士的广泛关注,使得 LoRa 网络在国内的发展一度面临困境。

  最终,在产业各界人士的努力下,工信部的规定没有明确指出不能组网,而是表示可以做局域网,对具体应用也解除了限制,从而解决了 LoRa 在国内发展的不确定性问题。另一方面,随着几大互联网巨头腾讯、谷歌以及阿里相继加入 LoRa 联盟,为 LoRa 的生态圈引入了强援,一起应对 LoRa 发展过程中所面临的难题。

  科技巨头纷纷入局 LoRa、加入 LoRa 联盟,可以看出各企业都希望借助 LoRa 这个切入点来确立自身在物联网和产业互联网领域的地位。阿里和腾讯两大互联网巨头将 LoRa 作为其物联网布局的重要入口,主推的 LinkWAN 平台和 TTN 平台对于产业链上下游的带动作用非常明显。另外,铁塔、联通以及广电等群体也开始针对 LoRa 产业进行布局,进一步促进其在各行业应用的落地。

  从目前的市场结构看,国内已有上千家企业参与到 LoRa 产业生态中,呈现出大中小型企业、传统企业与互联网企业共同参与的格局。国内提供给 LoRa 发展的产业大环境不断向好,LoRa 联盟自身力量也在不断壮大。

  据资料了解,2018 年国内 LoRa 芯片出货量达到数千万片,其中,模组和表计厂商占据大部分采购份额,基站厂商采购量位居其次。除此之外,国内还有大量分散的模组、终端厂商也会直接采购 LoRa 芯片,虽然都是小批量,但加起来规模还算可观。

  对于大部分模组、终端、系统和应用厂商来说,它们对于各种技术是中立的,选择何种技术路线大部分是一种纯市场化行为。LoRa 芯片是支持整个产业的重要底层元器件,但整个产业结构的形成还要靠多种力量共同努力,这种力量在国内已经形成。LoRa 相关产品灵活性较强已成业界共识,不仅仅在于能够在各种环境下自主部署网络,还在于各类开发者能够选择多个平台,快速得到开发支持。

  近一年来,LoRa 在智慧城市、智能园区、智慧建筑、智慧安防等垂直领域也有了大量落地的行业应用。Semtech 物联网业务总监 Vivek Mohan 曾表示,目前全球大量的垂直行业中已形成 300 多个应用场景。

  多维度下的 LoRa

  从需求角度上看:国内的 LoRa 芯片需求呈现分散化的状态。一方面,由于参与 LoRa 产业生态的行业较多,很难形成垄断性的需求方;另一方面,相应模组、终端的进入门槛不高,很多中小型团队和终端厂商也可以快速推出 LoRa 硬件产品,这是一个充分竞争性的市场。

  从技术生态上看:LoRa 是一种物理层的调制技术,可将其用于不同的协议中,比如 LoRaWAN 协议、CLAA 网络协议、LoRa 私有网络协议、LoRa 数据透传。随着使用协议的不同,最终的产品和业务形态也会有所不同。其中,LoRaWAN 协议是由 LoRa 联盟推动的一种低功耗广域网协议,同时 LoRa 联盟将 LoRaWAN 进行了标准化,以确保不同国家的 LoRa 网络是可以互操作的。截至目前,LoRaWAN 标准已建立起“LoRa 芯片-模组-传感器-基站或网关-网络服务-应用服务”的完整生态链。

  从数据结果上看:Semtech 提供的数据表明,在网络部署方面,70 多个国家,100 多家网络运营商部署了 LoRa 网络,并且最近几年 LoRa 的市场体量一直保持着高速增长。同时,其部署的 LoRa 基站,则从 7 万台增加到 20 多万台,能支持约 12 亿个节点,实际部署的节点超过 9000 万个。

  从规模程度上看:美国 Semtech 公司是全球 LoRa 技术应用的主要推动者,Semtech 为促进其他公司共同参与到 LoRa 生态中,于 2015 年 2 月联合 Actility、Cisco 和 IBM 等多家厂商共同发起创立 LoRa 联盟。经过四年的时间发展,目前 LoRa 联盟在全球拥有超过 500 个会员。

  中国市场是 LoRa 全球生态建设中非常重要的部分。2018 年,阿里巴巴、腾讯、京东等互联网巨头均以最高级别会员身份加入 LoRa 联盟,同时,克拉科技、地方广电、浙江联通、联通物联网公司等 LoRa 生态伙伴也开始在各地积极部署 LoRa 网络。

  从政策导向上看:尽管工信部发布了《微功率短距离无线电发射设备技术要求(征求意见稿)》,一时之间使得 LoRa 的商用前景变得不够明朗。但是并没有让 LoRa 销声匿迹,在业界生态伙伴的大力支持下,反而生命力愈加顽强,产业生态不断壮大。

  结语

  LoRa 技术是 Semtech 公司的专利,其 LoRa 芯片产品期初也是独家供应,但单一的 LoRa 产品必然会带来产品价格、功能等方面的局限性。

  2018 年 Semtech 开始改变传统的产品营销模式,授权 IP 给一些公司做 LoRa 产品,形成了多供应商的市场供应局面,LoRa 芯片供应厂家通过走差异化路线,融合不同功能的芯片,满足更多差异化应用的需求,如 LoRa+GPS 获取位置信息,LoRa+BLE 与本地近场设备连接通信,LoRa+安全芯片增强设备的安全性等,来共同做大市场。

  未来,或许会有更多的 LoRa芯片供应商,市场做大也符合 Semtech 公司的利益。

  综上所述,可以看到,不论从技术、供应链体系、产业结构还是生态建设,LoRa 依然是一个市场化行为为主导的技术选项,大国之间政治经济博弈对于 LoRa 供求各方产生的影响很小。采用 LoRa 通信的物联网项目中包含非常多的技术和元素,很多价值远远超过通信本身,未来发展中,业界应该更多聚焦于应用价值的创造,聚焦于市场化行为和商业模式,以求在物联网时代赢得先机。