基于LoRa的物联网技术分析

基于LoRa的物联网技术分析背景概述2013年8月，Semtech公司向业界发布了一种新型的，基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（简称LoRa）的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，其功耗极低且不需要使用昂贵的温补晶振（TCXO），引起了极大的关注。由于该产品使用一种特殊的扩频技术，这使得不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰。在此基础上研发的集中器/网关（Concentrator/Gateway）能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。基于该技术的测距和定位功能将会推动它在物联网领域的大规模应用。关键技术和研究项目目前LoRa和集中器的核心技术主要有以下几个方面：该技术是一种新型的扩频技术，大大的改善了接收的灵敏度。高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里（与环境有关）。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。LoRa技术适用于物联网应用部署的关键特征（附表）关键特征优势157db链路预算远距离距离15km最小的基础设施成本易于建设和部署使用网关/集中器扩展系统容量电池寿命10年延长电池寿命接收电流-10mA，休眠电流200nA免牌照的频段低成本基础设施成本低节点/终端成本低基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。网关是节点与IP网络之间的桥梁（通过2G/3G/4G或者Ethernet）。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信（假设每次发送10Bytes，网络占用率10%）。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm，（100mW），那么在搞建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。该网关/集中器还包含MAC层协议，对于高层它是透明的。基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI（ReceivedSignalSterngthIndication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m（假设10km的范围）。LoRa方案对中国移动的价值分析1、适用于物联网的技术特征LoRa技术在高性能、远距离、低功耗，支持大规模组网，测距和定位等方面突出的特点，这使得该方案（终端+网关）成为物联网大规模推广应用的一种理想的技术选择。2、部署方便快捷现有2G/3G/4G网络是固定协议的网络，相同协议的终端可以很方便的加入到这个网络中来，基于LoRa的物联网方案也可以使用相同的商业运行模式。对于中国移动来说，只需要在现有的基站的位置安装网关（集中器）和一个Ethernet连接即可。这种物联网方案成本低，耗电低且不需要申请license（免license频段）,这将成为现有蜂窝网络在新兴的物联网市场方面的有力补充。3、中国移动在产业链中所处的位置底端的RFIC芯片和支持MAC层协议的LORA网关/集中器可由硬件厂商提供，而完整的应用软件可有软件提供商（比如IBM、ORACLE等）提供。中国移动处在产业链的最顶端，有利于引导产业链的支持和整合。目前，法国运营商已经在5000座基站上布置了LORA网络，并且在定位技术准备就绪后，将会立即扩展到15000个基站。其六大合约用户在三年内将会有1500万个设备接入到网络。启用将会自己消化节点/终端的成本，运营商只需要投入基站端的建设。假设第一年投入1000万美元，这样一个规模的网络第二年即可赚取1000万美元，第三年可赚取6000万美元。根据中国移动现有的网络规模推算，这将产生客观的经济和社会效益。启示与建议基于LORA方案（节点+网关）在物联网解决方案上的特点和优势，建议中国移动积极参与并维持继续跟进该技术的相关项目，包括：1．深入了解LORA网关/集中器在物联网应用中的功能和角色，了解其商业模式，及输出成果，为中国移动的物联网解决方案建设提供有效技术参考。2．选择一定数量的现有基站做试点，测试该解决方案的性能，距离及功耗（终端）。了解客户需求，选择并定义具体的应用及其要求。3．引导并整合产业链的相关合作伙伴，合作推动整个应用平台建设。根据客户的要求和反馈改进并优化应用平台。4．选择试点的城市和范围，展开一定的实验局进行规模的试用测试。为下一步的部署做好充分的技术准备。5．要注意观察该物联网解决方案对现有依托的2G/3G/4G的方案影响，让他们真正做到互利互补。在参与基于LORA的物联网建设的相关工作中，中国移动需深入了解并消化吸收心技术本身，充分评估心方案带来的便利和效益，在物联网产业链中进一步巩固自身的地位和优势。