LoRa®是什么？

LoRa®是物理層或無線調制用于建立長距離通信鏈路。許多傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)使用頻移鍵控（FSK）調制作為物理層，因為它是一種實現(xiàn)低功耗的非常有效的調制。LoRa®是基于線性調頻擴頻調制，它保持了像FSK調制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。線性擴頻已在軍事和空間通信領域使用了數(shù)十年，由于其可以實現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性，但是LoRa®是第一個用于商業(yè)用途的低成本實現(xiàn)。

LoRa®的優(yōu)勢在于技術方面的長距離能力。單個網關或基站可以覆蓋整個城市或數(shù)百平方公里范圍。在一個給定的位置，距離在很大程度上取決于環(huán)境或障礙物，但LoRa®和LoRaWAN?有一個鏈路預算優(yōu)于其他任何標準化的通信技術。鏈路預算，通常用分貝（dB為單位）表示，是在給定的環(huán)境中決定距離的主要因素。下面是部署在比利時是Proximus網絡覆蓋圖。隨著小量的基礎設施建設實施，可以容易地覆蓋到整個國家。

LoRaWAN又是什么？

LoRaWAN?定義了網絡的通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構，而LoRa®物理層能夠使長距離通訊鏈路成為可能。 LoRaWAN?自下而上設計，為電池壽命、容量、距離和成本而優(yōu)化了LPWAN（低功耗廣域網）。對于不同地區(qū)給出了一個LoRaWAN?規(guī)范概要，以及在LPWAN空間競爭的不同技術的高級比較。

LoRaWAN系統(tǒng)架構

網絡架構

在網狀網絡中，個別終端節(jié)點轉發(fā)其他節(jié)點的信息，以增加網絡的通信距離和網絡區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復雜性，降低了網絡容量，并降低了電池壽命，因節(jié)點接受和轉發(fā)來自其他節(jié)點的可能與其不相關的信息。當實現(xiàn)長距離連接時，長距離星型架構最有意義的是保護了電池壽命。

在LoRaWAN?網絡中，節(jié)點與專用網關不相關聯(lián)。相反，一個節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是由多個網關收到。每個網關將從終端節(jié)點接所接受到的數(shù)據(jù)包通過一些回程 (蜂窩、 以太網等)轉發(fā)到基于云計算的網絡服務器。智能化和復雜性放到了服務器上，服務器管理網絡和過濾冗余的接受到的數(shù)據(jù)，執(zhí)行安全檢查，通過最優(yōu)的網關進行調度確認，并執(zhí)行自適應數(shù)據(jù)速率等。

電池壽命

在LoRaWAN?網絡中的節(jié)點是異步的通信的，當其要發(fā)送的數(shù)據(jù)準備好的時候通信，無論是事件驅動還是時間調度。在網狀網絡或同步網絡，如蜂窩，節(jié)點必須經常喚醒以同步網絡，并檢查消息。這個同步明顯消耗能量，是減少電池壽命第一推手。在最近一項研究中，GSMA對不同解決LPWAN空間的技術進行了比較，LoRaWAN?比其他技術選擇有3到5倍的優(yōu)勢。

網絡容量

為了使遠距離星型網絡能夠實現(xiàn)，網關必須具有非常高的容量或性能，從大量的節(jié)點接收消息。高網絡容量利用自適應的數(shù)據(jù)速率和網關中的多通道多調制收發(fā)器實現(xiàn)，因此可以在多信道上同時接受消息。影響容量的關鍵因素是并發(fā)通道數(shù)、數(shù)據(jù)速率（空中時間）、負載長度以及節(jié)點如何經常發(fā)送數(shù)據(jù)。因為LoRa®是基于擴頻調制，當使用不同擴頻因子時，信號實際上是彼此正交。當擴頻因子的發(fā)生變化，有效的數(shù)據(jù)速率也會發(fā)生變化。網關利用了這個特性，能夠在同一時間相同信道上接受多個不同的數(shù)據(jù)速率。

如果一個節(jié)點有一個好的連接并靠近網關，它沒有理由總是使用最低的數(shù)據(jù)速率，填滿可用的頻譜比它需要的時間更長。數(shù)據(jù)傳輸速率越高，在空氣中的時間就越短，可以為其他要傳送數(shù)據(jù)的節(jié)點開放更多的潛在空間。自適應數(shù)據(jù)速率也優(yōu)化了節(jié)點的電池壽命。

為使自適應的數(shù)據(jù)速率工作，對稱的上行鏈路和下行鏈路要求有足夠的下行鏈路容量。這些特點使得LoRaWAN?有非常高的容量，網絡更具有可擴展性。用最少量的基礎設施可以部署網絡，當需要容量時，可以添加更多網關，變換數(shù)據(jù)速率，減少串音次數(shù)，可擴展6~8倍網絡容量。其他LPWAN技術沒有LoRaWAN?的可擴展性，緣于技術上的權衡，其限制了下行鏈路的容量，使下行鏈路距離與上行鏈路距離不對稱。

終端設備類型

A類（all）：

A類的終端設備允許雙向通信，因此每個終端設備的上行鏈路傳輸跟隨兩個短的下行鏈路接受窗口。傳輸時隙由終端設備調度，基于其自身的通訊需求并有一個基于隨機時基的微小變化（ALOHA類型協(xié)議）。對于在終端設備已發(fā)送一個上行鏈路傳輸后，僅需要從服務器下行鏈路簡短地通訊的應用來說，這種A類操作是最低功耗的終端系統(tǒng)。在任何其他時間從服務器下行鏈路通訊必須等下一個調度的上行鏈路。

B類（beacon）：

除A類隨機接受窗口外，B類設備在調度時間上打開了額外的接受窗口。為使終端設備在調度時間上打開其接受窗口接受網關同步信標一次。這允許服務器知道什么時候終端設備在偵聽。

C類（continuous）：

C類終端設備幾乎是連續(xù)地打開節(jié)接受窗口，僅在發(fā)送時關閉。