LoRa和NB-IoT的发展前景

      物联网时代飞速发展下的需求，除了不断升级的4G/5G宽带网络，低功耗广域网络（LPWAN）无疑也是大家研究的重要方向。当前，LoRa技术与NB-IoT的发展前景也成为大家争论不休的焦点。

      物联网是通过无线通信技术将人与物，物与物进行连接。在智能家居、工业数据采集等局域网通信，一般采用短距离通信技术，但对于广范围、复杂环境、远距离的连接则需要远距离通信技术。

      因此，为满足物联网设备的连接需求，LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗广域网）应运而生。 LPWAN 专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。主要分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa技术；另一类是工作于授权频谱下的NB-IoT。

      图1 授权频段与非授权频段

    （1）相比于NB-IoT ，LoRa基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电；
    （2）较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量；
    （3）LoRa信号的波长较长决定了它的穿透力与避障能力；
    （4）LoRa专用网关可以根据现场和客户需求扩展出更多自定义功能，如广告推送，多种网络接入等。

      这些技术特点更适合低成本大规模的物联网部署和企业特定专网里工作。LoRa的易于建设和部署，得到越来越多国内公司的关注和跟进。如ZLG致远电子成立了专门的项目组从事LoRa模块、网关和整体方案的开发。广泛应用在LoRa地磁，用于车位管理，车流量检测；LoRa局域专网，用于中小范围内的采集、监测、通信；点对点遥控等各类方案。下图为LoRa模块及网关在路边停车上的应用。

       图2 LoRa在路边停车的应用

      1.LoRa模块（ZM470SX-M），是基于Semtech公司 SX1278 自主研发的一款工业级射频无线产品。相比传统的窄带调制技术，ZM433/470SX-M 模块采用了扩频调制技术在抑制同频干扰的性能方面也具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗扰和功耗的弊端。另外，芯片集成了+20dBm 的可调功率放大器，并可获得超过-148dBm 的接收灵敏度，链路预算达到了行业领先水平，针对应用于远距离传输且对可靠性要求极高的场合。

      图3 ZM470SX-M LoRa模块

      2. 网络控制器（IoT-3968L），以 Freescale i.MX287处理器为核心，ARM9内核。采用双MiniPCIE接口设计，满足各种条件苛刻的工业应用，特别是在对通信有很高要求的领域，完成LoRa，2G/3G/4G，WiFi,Zigbee 搭配接入通讯，可自定义适应各类网关方案。

      图4 IoT-3968L网关控制器

      3.整体解决方案，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。通过调整扩频因子（数值为6~12）、调制带宽及纠错率等变量，在通信速率及传输距离和抗干扰特性之间取得更好的平衡。在发射功率一定时，通常扩频因子被设置得越大，模块可获得的接收灵敏度就越高，通信距离将越远，但会同时导致通信速率降低。

      LoRaWAN是由LoRa联盟推出的一个低功耗广域网规范。LoRaWAN瞄准了物联网中的一些核心需求--双向通讯。LoRaWAN网络架构是一个典型的星型拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明的中继，连接前端终端设备和后端服务器。然而众多实际应用场景，网络拓扑结构多以网状结构或多级中继组网结构。该规范协议往往无法很好的同时解决通信速率，传输距离，实时性，低功耗，多级组网之间的冲突。

      未来，ZLG致远电子将推出网状-星型结构LoRaNet协议，网络由集中器，路由，终端组成。适用于数量众多的终端通讯，而又对功耗敏感且传输数据量小的应用场合，为用户提供更加完整可靠的链路层与网络层支持。届时LoRa可广泛应用于管道、地下井监测；电力计量、故障报警监测；畜牧养殖智能跟踪、喂养控制；智能路灯的控制等行业。

      当然，LoRa技术不止可组建物联网IoT感测网络，还能通利用LoRa无线网络来提供IoT设备的定位追踪服务，如协助追踪车辆、物品、宠物位置等等应用。在这众多的碎片式物联网应用中，还存在大量未涉及领域，期待大家去发现和挖掘。