技術(shù)
導(dǎo)讀:如今處于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,無(wú)線通信技術(shù)也得以邁步發(fā)展,在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的多種連接技術(shù)里,不僅需要速率和穩(wěn)定性更高的5G技術(shù),也需要低功耗、遠(yuǎn)距離、大連接的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功耗廣域網(wǎng)絡(luò))技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)正成風(fēng)口。
如今處于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,無(wú)線通信技術(shù)也得以邁步發(fā)展,在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的多種連接技術(shù)里,不僅需要速率和穩(wěn)定性更高的5G技術(shù),也需要低功耗、遠(yuǎn)距離、大連接的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功耗廣域網(wǎng)絡(luò))技術(shù)。
其中,LoRaWAN以其獨(dú)特的靈活性脫穎而出,得到物聯(lián)網(wǎng)界的認(rèn)可。
提到LoRaWAN,就不得不提到LoRa,LoRa是LoRaWan的一個(gè)子集,屬于物理層的一種調(diào)制技術(shù),采用線性調(diào)制擴(kuò)頻的方式,能顯著提高接收靈敏度,實(shí)現(xiàn)了比其它調(diào)制方式更遠(yuǎn)的通信距離。
LoRa作為L(zhǎng)PWAN主流技術(shù)之一,正在賦能智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型。
關(guān)于LoRa技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì),且看下文。
關(guān)于LoRa,你了解多少?
LoRa的名字是遠(yuǎn)距離無(wú)線電(Long Range Radio),作為一種線性調(diào)頻擴(kuò)頻的調(diào)制技術(shù),最早由法國(guó)幾位年輕人創(chuàng)立的一家創(chuàng)業(yè)公司Cycleo推出,2012年Semtech收購(gòu)了這家公司,并將這一調(diào)制技術(shù)封裝到芯片中,基于LoRa技術(shù)開(kāi)發(fā)出一整套LoRa通信芯片解決方案,包括用于網(wǎng)關(guān)和終端上不同款的LoRa芯片,開(kāi)啟了LoRa芯片產(chǎn)品化之路。
不過(guò),僅僅一個(gè)基于LoRa調(diào)制技術(shù)的收發(fā)芯片還遠(yuǎn)不足以撬動(dòng)廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng),在此后的發(fā)展歷程中,由于多家廠商發(fā)起的LoRa聯(lián)盟,以及推出不斷迭代的LoRaWAN規(guī)范,催生出一個(gè)全球數(shù)百家廠商支持的廣域組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系,從而形成廣泛的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
推動(dòng)這一生態(tài)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例等都是多個(gè)廠商共同參與的過(guò)程,這些也是形成目前龐大產(chǎn)業(yè)生態(tài)更為關(guān)鍵的元素,而它們并不屬于Semtech 單個(gè)公司所有,比如LoRaWAN規(guī)范是一個(gè)全球多個(gè)廠商共同參與的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn),任何組織或個(gè)人都可以根據(jù)這一規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)部署。
相較于大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀拓樸,易于不斷擴(kuò)張網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,但缺點(diǎn)在于使用各種不相關(guān)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)消息,路由迂回,增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和總功耗。LoRa采用星狀拓樸(TMD組網(wǎng)方式),網(wǎng)關(guān)星狀連接終端節(jié)點(diǎn),但終端節(jié)點(diǎn)并不綁定唯一網(wǎng)關(guān),相反,終端節(jié)點(diǎn)的上行數(shù)據(jù)可發(fā)送給多個(gè)網(wǎng)關(guān)。理論上來(lái)說(shuō),用戶可以通過(guò)Mesh、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者星形的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和架構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)。
LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架
LoRa主要在全球免費(fèi)頻段運(yùn)行(即非授權(quán)頻段),包括433、868、915 MHz等。LoRa網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架由終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器四部分組成,應(yīng)用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。
LoRa是創(chuàng)建長(zhǎng)距離通訊連接的物理層或無(wú)線調(diào)制, 相較于傳統(tǒng)的FSK技術(shù)以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術(shù),LoRa基于CSS調(diào)制技術(shù)(Chirp Spread Spectrum)在保持低功耗的同時(shí)極大地增加了通訊范圍,且CSS技術(shù)數(shù)十年已經(jīng)廣受軍事和空間通訊所采用,具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。
此外,LoRa技術(shù)不需要建設(shè)基站,一個(gè)網(wǎng)關(guān)便可控制較多設(shè)備,并且布網(wǎng)方式較為靈活,可大幅度降低建設(shè)成本。
LoRa因其功耗低,傳輸距離遠(yuǎn),組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合,因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計(jì)、智慧農(nóng)業(yè)、智能物流等多個(gè)垂直行業(yè),前景廣闊。
LoRa的特性總結(jié):
傳輸距離:城鎮(zhèn)可達(dá)2-5 Km , 郊區(qū)可達(dá)15 Km 。
工作頻率:ISM 頻段 包括433、868、915 MH等。
標(biāo)準(zhǔn):IEEE 802.15.4g。
調(diào)制方式:基于擴(kuò)頻技術(shù),線性調(diào)制擴(kuò)頻(CSS)的一個(gè)變種,具有前向糾錯(cuò)(FEC)能力,semtech公司私有專利技術(shù)。
容量:一個(gè)LoRa網(wǎng)關(guān)可以連接上千上萬(wàn)個(gè)LoRa節(jié)點(diǎn)。
電池壽命:長(zhǎng)達(dá)10年。
安全:AES128加密。
傳輸速率:幾百到幾十Kbps,速率越低傳輸距離越長(zhǎng),這很像一個(gè)人挑東西,挑的多走不太遠(yuǎn),少了可以走遠(yuǎn)。
LoRa發(fā)展現(xiàn)狀
大約從2014年起,國(guó)內(nèi)首批企業(yè)開(kāi)始研發(fā)LoRa相關(guān)產(chǎn)品,至今經(jīng)過(guò)5年的時(shí)間,LoRa已經(jīng)從一個(gè)小范圍使用的小無(wú)線技術(shù)成長(zhǎng)為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無(wú)人不曉的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
去年年初,工信部無(wú)線電管理局發(fā)布《微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求(征求意見(jiàn)稿)》的意見(jiàn),其中提到了470-510MHz頻段的使用允許用于無(wú)線傳聲器,明確用于傳送聲音的無(wú)線電設(shè)備,而非數(shù)據(jù);同時(shí)強(qiáng)調(diào)“限單頻點(diǎn)使用,不能用于組網(wǎng)應(yīng)用”。一封針對(duì)LoRa組網(wǎng)應(yīng)用的征求意見(jiàn)稿受到行業(yè)人士的廣泛關(guān)注,使得LoRa網(wǎng)絡(luò)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展一度面臨困境。
最終,在產(chǎn)業(yè)各界人士的努力下,工信部的規(guī)定沒(méi)有明確指出不能組網(wǎng),而是表示可以做局域網(wǎng),對(duì)具體應(yīng)用也解除了限制,從而解決了LoRa在國(guó)內(nèi)發(fā)展的不確定性問(wèn)題。另一方面,隨著幾大互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊、谷歌以及阿里相繼加入LoRa聯(lián)盟,為L(zhǎng)oRa的生態(tài)圈引入了強(qiáng)援,一起應(yīng)對(duì)LoRa發(fā)展過(guò)程中所面臨的難題。
科技巨頭紛紛入局LoRa、加入LoRa聯(lián)盟,可以看出各企業(yè)都希望借助LoRa這個(gè)切入點(diǎn)來(lái)確立自身在物聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位。阿里和騰訊兩大互聯(lián)網(wǎng)巨頭將LoRa作為其物聯(lián)網(wǎng)布局的重要入口,主推的LinkWAN平臺(tái)和TTN平臺(tái)對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈上下游的帶動(dòng)作用非常明顯。另外,鐵塔、聯(lián)通以及廣電等群體也開(kāi)始針對(duì)LoRa產(chǎn)業(yè)進(jìn)行布局,進(jìn)一步促進(jìn)其在各行業(yè)應(yīng)用的落地。
從目前的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)看,國(guó)內(nèi)已有上千家企業(yè)參與到LoRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)中,呈現(xiàn)出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)共同參與的格局。國(guó)內(nèi)提供給LoRa發(fā)展的產(chǎn)業(yè)大環(huán)境不斷向好,LoRa聯(lián)盟自身力量也在不斷壯大。
據(jù)資料了解,2018年國(guó)內(nèi)LoRa芯片出貨量達(dá)到數(shù)千萬(wàn)片,其中,模組和表計(jì)廠商占據(jù)大部分采購(gòu)份額,基站廠商采購(gòu)量位居其次。除此之外,國(guó)內(nèi)還有大量分散的模組、終端廠商也會(huì)直接采購(gòu)LoRa芯片,雖然都是小批量,但加起來(lái)規(guī)模還算可觀。
對(duì)于大部分模組、終端、系統(tǒng)和應(yīng)用廠商來(lái)說(shuō),它們對(duì)于各種技術(shù)是中立的,選擇何種技術(shù)路線大部分是一種純市場(chǎng)化行為。LoRa芯片是支持整個(gè)產(chǎn)業(yè)的重要底層元器件,但整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的形成還要靠多種力量共同努力,這種力量在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成。LoRa相關(guān)產(chǎn)品靈活性較強(qiáng)已成業(yè)界共識(shí),不僅僅在于能夠在各種環(huán)境下自主部署網(wǎng)絡(luò),還在于各類開(kāi)發(fā)者能夠選擇多個(gè)平臺(tái),快速得到開(kāi)發(fā)支持。
近一年來(lái),LoRa在智慧城市、智能園區(qū)、智慧建筑、智慧安防等垂直領(lǐng)域也有了大量落地的行業(yè)應(yīng)用。Semtech物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)總監(jiān)Vivek Mohan曾表示,目前全球大量的垂直行業(yè)中已形成300多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。
多維度下的LoRa
從需求角度上看:國(guó)內(nèi)的LoRa芯片需求呈現(xiàn)分散化的狀態(tài)。一方面,由于參與LoRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)的行業(yè)較多,很難形成壟斷性的需求方;另一方面,相應(yīng)模組、終端的進(jìn)入門(mén)檻不高,很多中小型團(tuán)隊(duì)和終端廠商也可以快速推出LoRa硬件產(chǎn)品,這是一個(gè)充分競(jìng)爭(zhēng)性的市場(chǎng)。
從技術(shù)生態(tài)上看:LoRa是一種物理層的調(diào)制技術(shù),可將其用于不同的協(xié)議中,比如LoRaWAN協(xié)議、CLAA網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、LoRa私有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、LoRa數(shù)據(jù)透?jìng)鳌kS著使用協(xié)議的不同,最終的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)形態(tài)也會(huì)有所不同。其中,LoRaWAN協(xié)議是由LoRa聯(lián)盟推動(dòng)的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議,同時(shí)LoRa聯(lián)盟將LoRaWAN進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,以確保不同國(guó)家的LoRa網(wǎng)絡(luò)是可以互操作的。截至目前,LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)已建立起“LoRa芯片-模組-傳感器-基站或網(wǎng)關(guān)-網(wǎng)絡(luò)服務(wù)-應(yīng)用服務(wù)”的完整生態(tài)鏈。
從數(shù)據(jù)結(jié)果上看:Semtech提供的數(shù)據(jù)表明,在網(wǎng)絡(luò)部署方面,70多個(gè)國(guó)家,100多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商部署了LoRa網(wǎng)絡(luò),并且最近幾年LoRa的市場(chǎng)體量一直保持著高速增長(zhǎng)。同時(shí),其部署的LoRa基站,則從7萬(wàn)臺(tái)增加到20多萬(wàn)臺(tái),能支持約12億個(gè)節(jié)點(diǎn),實(shí)際部署的節(jié)點(diǎn)超過(guò)9000萬(wàn)個(gè)。
從規(guī)模程度上看:美國(guó)Semtech公司是全球LoRa技術(shù)應(yīng)用的主要推動(dòng)者,Semtech為促進(jìn)其他公司共同參與到LoRa生態(tài)中,于2015年2月聯(lián)合Actility、Cisco和IBM等多家廠商共同發(fā)起創(chuàng)立LoRa聯(lián)盟。經(jīng)過(guò)四年的時(shí)間發(fā)展,目前LoRa聯(lián)盟在全球擁有超過(guò)500個(gè)會(huì)員。
中國(guó)市場(chǎng)是LoRa全球生態(tài)建設(shè)中非常重要的部分。2018年,阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)巨頭均以最高級(jí)別會(huì)員身份加入LoRa聯(lián)盟,同時(shí),克拉科技、地方廣電、浙江聯(lián)通、聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)公司等LoRa生態(tài)伙伴也開(kāi)始在各地積極部署LoRa網(wǎng)絡(luò)。
從政策導(dǎo)向上看:盡管工信部發(fā)布了《微功率短距離無(wú)線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求(征求意見(jiàn)稿)》,一時(shí)之間使得LoRa的商用前景變得不夠明朗。但是并沒(méi)有讓LoRa銷(xiāo)聲匿跡,在業(yè)界生態(tài)伙伴的大力支持下,反而生命力愈加頑強(qiáng),產(chǎn)業(yè)生態(tài)不斷壯大。
結(jié)語(yǔ)
LoRa技術(shù)是Semtech公司的專利,其LoRa芯片產(chǎn)品期初也是獨(dú)家供應(yīng),但單一的LoRa產(chǎn)品必然會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品價(jià)格、功能等方面的局限性。
2018年Semtech開(kāi)始改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)模式,授權(quán)IP給一些公司做LoRa產(chǎn)品,形成了多供應(yīng)商的市場(chǎng)供應(yīng)局面,LoRa芯片供應(yīng)廠家通過(guò)走差異化路線,融合不同功能的芯片,滿足更多差異化應(yīng)用的需求,如LoRa+GPS獲取位置信息,LoRa+BLE與本地近場(chǎng)設(shè)備連接通信,LoRa+安全芯片增強(qiáng)設(shè)備的安全性等,來(lái)共同做大市場(chǎng)。
未來(lái),或許會(huì)有更多的LoRa芯片供應(yīng)商,市場(chǎng)做大也符合Semtech公司的利益。
綜上所述,可以看到,不論從技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)還是生態(tài)建設(shè),LoRa依然是一個(gè)市場(chǎng)化行為為主導(dǎo)的技術(shù)選項(xiàng),大國(guó)之間政治經(jīng)濟(jì)博弈對(duì)于LoRa供求各方產(chǎn)生的影響很小。采用LoRa通信的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中包含非常多的技術(shù)和元素,很多價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通信本身,未來(lái)發(fā)展中,業(yè)界應(yīng)該更多聚焦于應(yīng)用價(jià)值的創(chuàng)造,聚焦于市場(chǎng)化行為和商業(yè)模式,以求在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代贏得先機(jī)。