LoRa是基于Semtech公司開發(fā)的一種低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)，其目的是為了解決功耗與傳輸難覆蓋距離的矛盾問題。一般情況下，低功耗則傳輸距離近，高功耗則傳輸距離遠(yuǎn)，通過開發(fā)出LoRa技術(shù)，解決了在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一。LoRa實(shí)際上是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的無線平臺(tái)。Semtech的LoRa芯片組將傳感器連接到云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和分析的實(shí)時(shí)通信，從而提高效率和生產(chǎn)率。LoRaWAN開放規(guī)范是基于Semtech LoRa設(shè)備的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)標(biāo)準(zhǔn)，利用工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段的未經(jīng)許可的無線電頻譜。LoRa Alliance(一個(gè)非營利協(xié)會(huì)和快速發(fā)展的技術(shù)聯(lián)盟)推動(dòng)了LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化和全球協(xié)調(diào)。 [2]LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)為農(nóng)村和室內(nèi)使用情況中的實(shí)際問題提供了高效、靈活和經(jīng)濟(jì)的解決方案，在這些情況下，蜂窩、Wi-Fi和藍(lán)牙低功耗(BLE)網(wǎng)絡(luò)是無效的。 [2]LoRa設(shè)備和LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了引人注目的功能，包括遠(yuǎn)程、低功耗和安全數(shù)據(jù)傳輸。該技術(shù)被公共、私有或混合網(wǎng)絡(luò)所利用，并提供比蜂窩網(wǎng)絡(luò)更大的范圍。部署可以輕松集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中，并支持低成本電池供電的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。LoRa芯片組集成到由大型物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商生態(tài)系統(tǒng)制造的設(shè)備中，并連接到全球網(wǎng)絡(luò)。簡單地說，LoRa將設(shè)備連接到云，為事物提供“聲音”——使世界成為一個(gè)更美好的生活、工作和娛樂場(chǎng)所。

?LoRa(Long Range Radio)是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)通信技術(shù)，專門設(shè)計(jì)用于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信?。LoRa通過擴(kuò)展信號(hào)的帶寬來提高傳輸距離和抗干擾能力，能夠在低功耗的情況下實(shí)現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸，適合用于需要長期穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備，如傳感器和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)?12。

LoRa的基本原理和關(guān)鍵參數(shù)

LoRa采用了擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，通過擴(kuò)展信號(hào)的帶寬來增加傳輸距離和抗干擾能力。其關(guān)鍵參數(shù)包括：

?擴(kuò)頻因子(Spreading Factor, SF)?：決定了信號(hào)的擴(kuò)展程度，較高的SF值提供更長的通信距離和更好的抗干擾能力，但會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率。

?信號(hào)帶寬(Bandwidth, BW)?：影響傳輸速率和抗干擾能力，較大的帶寬提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但可能增加對(duì)其他信號(hào)的干擾。

?編碼率(Coding Rate, CR)?：用于表示數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)能力，較高的編碼率提供更強(qiáng)的錯(cuò)誤修正能力，但會(huì)減少有效的數(shù)據(jù)傳輸速率?3。

LoRa的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)

LoRa因其超長傳輸距離、極低功耗和低成本特性，在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括：

?智慧農(nóng)業(yè)?：用于農(nóng)田監(jiān)測(cè)、灌溉控制等。

?智慧城市?：智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

?工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)?：設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等。

?智能家居?：智能照明、安防等。

LoRa的主要優(yōu)勢(shì)包括：

?遠(yuǎn)距離傳輸?：采用擴(kuò)頻技術(shù)，傳播距離可達(dá)50公里。

?低功耗?：在發(fā)射17dBm信號(hào)時(shí)電流僅為45mA，接收信號(hào)時(shí)電流僅為5mA。

?抗干擾能力強(qiáng)?：能夠在噪聲環(huán)境下有效解調(diào)信號(hào)。

?易于部署?：網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展簡單，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境合理部署基站?12。

LoRa(Long Range Radio)是一種專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的低功耗、遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)傳感器與云端的高效實(shí)時(shí)通信。其核心優(yōu)勢(shì)在于低功耗、廣覆蓋、大容量網(wǎng)絡(luò)及靈活部署，適用于智能電表、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等場(chǎng)景。

1. 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

LoRa采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，在相同功耗下傳輸距離遠(yuǎn)超傳統(tǒng)無線技術(shù)(如Wi-Fi、藍(lán)牙)。典型通信距離城市環(huán)境達(dá)2-5公里，郊區(qū)可達(dá)15公里。其終端設(shè)備電池壽命可達(dá)數(shù)年，支持星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單網(wǎng)關(guān)連接數(shù)千節(jié)點(diǎn)，采用AES-128加密保障數(shù)據(jù)安全，且工作在免授權(quán)頻段(如868MHz/915MHz)，顯著降低部署成本。

2. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

? 智慧城市：遠(yuǎn)程抄表(水/電/氣)、智能路燈控制

? 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)：土壤溫濕度監(jiān)測(cè)、氣象站數(shù)據(jù)回傳

? 工業(yè)領(lǐng)域：設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、倉庫資產(chǎn)追蹤

? 應(yīng)急管理：山體滑坡監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

物流追蹤：追蹤或者定位市場(chǎng)的一個(gè)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)定位的需要在場(chǎng)所部網(wǎng)，LoRa可以提供這樣的便捷部署方案。

智慧水務(wù)：在水表上面安裝相應(yīng)的LoRa模組，可以節(jié)省人力成本的同時(shí)，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個(gè)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(duì)農(nóng)業(yè)來說，低功耗低成本的傳感器是迫切需要的。溫度、濕度、鹽堿度等傳感器的應(yīng)用對(duì)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)，而且很多偏遠(yuǎn)的農(nóng)場(chǎng)或者耕地并沒有覆蓋蜂窩網(wǎng)絡(luò)，更不用說4G/LTE了，而LoRa十分適用于這樣的場(chǎng)景。

在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中， 個(gè)別終端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的信息， 以增加網(wǎng)絡(luò)的通信距離和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復(fù)雜性，降低了網(wǎng)絡(luò)容量，并降低了電池壽命，因節(jié)點(diǎn)接受和轉(zhuǎn)發(fā)來自其他節(jié)點(diǎn)的可能與其不相關(guān)的信息。當(dāng)實(shí)現(xiàn)長距離連接時(shí)， 長距離星型架構(gòu)最有意義的是保護(hù)了電池壽命。

如果把網(wǎng)關(guān)安裝在現(xiàn)有移動(dòng)通信基站的位置，發(fā)射功率 20dBm(100mW)，那么在高建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋 2 公里左右，而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達(dá) 10 公里。該網(wǎng)關(guān)/集中器還包含 MAC 層協(xié)議，對(duì)于高層它是透明的。

LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由終端(可內(nèi)置LoRa模塊)、網(wǎng)關(guān)(或稱基站)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及應(yīng)用服務(wù)器組成。應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。

LoRa的終端節(jié)點(diǎn)可能是各種設(shè)備，比如水表氣表、煙霧報(bào)警器、寵物跟蹤器等。這些節(jié)點(diǎn)通過LoRa無線通信首先與LoRa網(wǎng)關(guān)連接，再通過3G網(wǎng)絡(luò)或者以太網(wǎng)絡(luò)，連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間通過TCP/IP協(xié)議通信。

LoRa網(wǎng)絡(luò)將終端設(shè)備劃分成A/B/C三類：

Class A：雙向通信終端設(shè)備。這一類的終端設(shè)備允許雙向通信，每一個(gè)終端設(shè)備上行傳輸會(huì)伴隨著兩個(gè)下行接收窗口。終端設(shè)備的傳輸時(shí)隙是基于其自身通信需求，其微調(diào)基于ALOHA協(xié)議。Class A設(shè)備的功耗最低，基站下行通信只能在終端上行通信之后。(常用于采集數(shù)據(jù))