由于功耗和成本的问题，业界预测，到2020年，物联网(IoT)的500亿个无线节点中将只有不到10%使用GSM技术。虽然电信运营商在建设和管理如此大规模的网络方面具有最突出的优势，但他们需要一个长距离和大容量的系统来巩固他们在电池供电的无线终端细分市场3354无线传感器网络、智能城市、智能电网、智能家居、安全设备和工业控制中的地位。对于物联网来说，只有广泛使用各种技术，电池供电的无线节点数量才能达到预期的规模。
LoRa作为一种低功耗广域网的长距离通信技术，近年来受到越来越多的关注。
LoRa技术
LoRa是LPWAN通信技术之一，是美国Semtech公司采用并推广的基于扩频技术的超长距离无线传输方案。
物理层或无线调制用于建立长距离通信链路。许多传统无线系统使用频移键控(FSK)调制作为物理层，因为这是实现低功耗的非常有效的调制。
LoRa基于LFM扩频调制，保持了与FSK调制相同的低功耗特性，但明显增加了通信距离。
LoRa技术本身具有超高的接收灵敏度(RSSI)和超强的信噪比(SNR)。另外，采用跳频技术，通过伪随机码序列进行移频键控，使载频不断跳跃扩频，从而防止固定频率的干扰。
目前，LoRa主要工作在全球自由频段，包括433、868、915 MHz等。
LoRa的最大特点是：
长距离传输
低工作功耗
有许多网络节点
LoRa网络体系结构
在网状网络中，单个终端节点转发其他节点的信息，以增加网络的通信距离和网络区域的大小。虽然这增加了范围，但也增加了复杂性，降低了网络容量，减少了电池寿命，因为节点从可能与它们不相关的其他节点接收和转发信息。在实现远距离连接的时候，远距离星型架构最有意义的就是保护续航。
如果在现有移动通信基站的位置安装网关，发射功率为20dBm (100mW)，在建筑密度较高的城市环境中可以覆盖2公里左右，在密度较低的郊区可以覆盖10公里。网关/集中器还包含对更高层透明的MAC层协议。
LoRa网络主要由终端(内置LoRa模块)、网关(或基站)、网络服务器和应用服务器组成。应用程序数据可以双向传输。
LoRaWAN网络架构是典型的星型拓扑。在这种网络架构中，LoRa网关是一个透明的传输中继，连接终端设备和后端中心服务器。终端使用单跳与一个或多个网关通信。的所有节点都与网关进行双向通信。
劳拉终端设备
LoRa的终端节点可能是各种设备，比如水表、煤气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点首先通过LoRa无线通信连接到LoRa网关，然后通过3G网络或以太网连接到网络服务器。网关通过TCP/IP协议与网络服务器通信。
LoRa网络将终端设备分为三类：A/B/C:
A类：双向通信终端设备。这种终端设备允许双向通信，每个终端设备的上行传输会伴随两个下行接收窗口。终端的传输时隙基于自身的通信需求，其微调基于ALOHA协议。
A类设备功耗最低，基站的下行通信只能跟随终端的上行通信。
B类：具有预设接收时隙的双向通信终端设备。这种终端设备会在预设时间内打开冗余接收窗口。为了实现这个目标，终端设备将同时从网关接收信标，并通过信标同步基站和模块的时间。
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类设备接收窗口最长，功耗最大。
劳拉联盟
LoRa联盟是2015年3月由Semtech领导的一个开放的非盈利组织。其赞助商包括法国ACT、中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn。在不到一年的时间里，联盟发展了150多家成员企业，包括IBM、思科、法橙等重量级厂商。
产业链的每个环节都有大量的企业(终端硬件厂商、芯片厂商、模块网关厂商、软件厂商、系统集成商、网络运营商)。这种技术的开放性和竞争合作的充分性，都促成了LoRa的快速发展和生态繁荣。
洛拉万协议
LoRaWAN是基于由LoRa联盟引入的开源MAC层协议的低功率广域网(LPWAN)标准。这项技术可以为电池供电的无线设备提供本地、全国或全球网络。LoRaWAN针对物联网的一些核心需求，如安全双向通信、移动通信、静态位置识别等。该技术无需复杂的本地配置，即可实现智能设备间的无缝对接和互操作，赋予物联网中的用户、开发者和企业免费运营权。
LoRa vs NB-IoT
我们在上一篇文章中介绍了NB-IoT。同时，作为物联网的无线通信技术，NB-IoT和LoRa具有不同的技术和商用特性，因此在应用场景上会有差异。
目前，从产业发展来看，已经形成了由芯片、模块、终端、通信设备、平台、运营商、应用七个环节组成的完整产业链。比较NB-IoT和LoRa:
频段、服务质量和成本
LoRa工作在1GHz以下的免执照频段，因此不需要为其应用支付额外费用。B-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的授权频段。500MHz到1GHz之间的频段是远距离通信的最佳选择，因为天线的实际尺寸和效率相当有优势。
LoRaWAN使用免费免授权频段，是异步通信协议，电池电量和低成本的最佳选择。LoRa和LoRaWAN协议在处理干扰、网络重叠、可扩展性等方面具有独特的特点。但是它们不能提供与蜂窝协议相同的服务质量(QoS)。
据悉，此次授权拍卖的亚GHz频段，每MHz价格超过5亿美元。蜂窝网和NB-IoT出于QoS的考虑，无法提供和LoRa一样的续航。由于QoS和高频段使用费的原因，对于需要保证QoS的应用场景，推荐使用蜂窝网和NB-IoT，而如果低成本和大量连接是首选的话，LoRa是不错的选择，如下图所示。
电池寿命和下行链路延迟
蜂窝网络设计的思想是优化频带利用率，相应地牺牲节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN节点是为低成本、长续航而生的，在频段利用上有些不足。
关于电池寿命，有两个重要因素需要考虑，节点的电流消耗(峰值电流和平均电流)和协议内容。LoRaWAN是一种基于ALOHA的异步协议，也就是说，节点可以根据具体的应用场景休眠更长或更短的时间，而cellular等同步协议的节点必须定期组网。
比如现在市面上的手机，工作时必须每1.5s与网络同步一次。在NB-IoT中，这种同步比较少，但还是定期进行，额外消耗电池电量。
调制是蜂窝网络中充分利用频带的有效手段，但从节点的角度来看并不有效。蜂窝调制(OFDM或FDMA)需要线性发射机来产生调制信号，线性发射机的峰值电流需要比非线性调制高几个数量级。峰值电流越高，电池消耗的电能就越多。
但同步通信协议在短下行时延方面具有优势，NB-IoT可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。B类LoRaWAN通过周期性(编程)唤醒终端接收下行消息，缩短下行通信的延迟。
因此，对于需要频繁通信、短时延或大数据量的应用，NB-IoT可能是更好的选择，而对于需要更低成本、更高续航和不频繁通信的场景，LoRa更好。
设备成本、网络成本和混合模式
对于终端节点，LoRaWAN协议比NB-IoT更简单，更容易开发，对微处理器有更好的适用性和兼容性。NB-IoT的调制机制和协议比较复杂，需要更复杂的电路和更多的开销。同时，NB-IoT也像3GPP一样征税。
目前，一部手机的税收约为5美元，但对于物联网设备来说太贵了，如果贸然减税，会造成手机等移动通信市场的价格混乱。因此，如何权衡物联网和移动通信的税费也是3GPP组织的一大难题。
成本低、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到，升级版也会随之而来。LoRa联盟在版权和税收方面没有太多的限制，使得LoRa产业链中4美元以下的模块非常可观。现在市面上的LoRa模块价格一般在7-10美元，但随着技术的成熟，4-5美元问题不大。现在，一个LTE模块的价格几乎不会低于20美元。
相对于只依赖“塔”的传统网络，物联网和LPWAN部署需要不同的模式，以降低支出和运营成本。LoRaWAN部署成本更低，因为它可以通过使用传统的信号塔、工业基站甚至便携式家庭网关来实现。
目前，塔式基站的价格约为1000美元，工业基站不到500美元，家庭网关仅为100美元左右。但对于NB-IoT来说，升级现有4G LTE基站的价格保守估计每个不低于15000美元。
LoRa和NB-IoT的应用场景
没有一种技术可以同时满足物联网应用的所有需求。下面将通过几个具体的应用实例来分析NB-IoT和LoRa的应用场景。答：智能电表
与智能电表相关的公司和部门需要高速数据传输、频繁通信和低延迟。由于电表由电源供电，所以对超低功耗和长续航时间没有要求。还需要对网络进行实时监控，以便及时处理隐患。
LoRaWAN的ClassC C可以实现低时延，但NB-IoT对于高传输速率和频繁通信的智能电表来说是更合适的选择。而且电表一般安装在人口密集区的固定位置，对于运营商的本地网络来说也比较容易。
智能农业
对于农业来说，迫切需要低功耗、低成本的传感器。温度、湿度、二氧化碳、盐度等传感器的应用对提高农业产量、减少水资源消耗具有重要意义。这些传感器需要定期上传数据。
洛拉很适合这样的场景。而且很多偏远的农场或者耕地都没有覆盖蜂窝网络，更不用说4G/LTE了，所以NB-IoT不如LoRa适合智慧农业。
自动化制造
工厂的运行需要实时监控，通过远程监控既能保证生产效率又能提高劳动效率。在工厂的自动化制造和生产中，有许多不同类型的传感器和设备。
有些场景需要频繁通信并保证良好的服务质量(QoS)，因此NB-IoT是一个合适的选择。虽然有些场景需要低功耗的低成本传感器和长寿命电池来跟踪设备和监控状态，但LoRa是一个合理的选择。因此，NB-IoT和LoRa对于自动化制造的多样性都是有用的。
智能建筑
对建筑物进行改造，增加温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并定期上传监测信息，方便管理者监管，更方便用户使用。
一般来说，这些传感器之间的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量，便携式家庭网关就可以满足需求。因此，对于这种情况，LoRa是一个合适的选择。
电子：零售终端
销售点(POS)系统通常需要频繁和高质量的通信，并且这些设备通常具有特殊的电源设备，因此不要求更长的电池寿命。同时要求通信的及时性和低延迟。所以NB-IoT更适合这种应用。
物流跟踪
或者说追踪定位市场的一个重要要求就是终端的续航。物流跟踪可以作为混合部署的一个实际案例。物流企业可以根据定位的需要，在需要的地方，如仓库或运输车辆等，建立本地网络。这时，便携式基站就派上了用场。
LoRa可以提供这样的部署方案，但是对于NB-IoT来说，跟踪范围过大的基站铺设是个大问题。同时，LoRa有一个特点，就是高速移动时通信比NB-IoT更稳定。基于以上原因，LoRa更适合物流追踪。
一项技术从纸张到商用，都离不开强大生态系统的支持。长期以来，物联网(IoT)连接技术一直各自为战，从芯片到系统各方采用的规范不一，导致大规模部署的瓶颈。
如今，中国电信、中国移动、中国联通、华为、高通等运营商的相继部署，逐渐构建起支撑NB-IOT技术产业的生态系统，而Orange、软银、Senet、Comcast等各国主流运营商的应用，也使得LoRa技术产业生态初步形成。
这两种技术都在不断扩展，拥抱万物互联的条件也慢慢开始成熟。大量供应商和运营商也在进行试点项目。我相信，NB-IoT和LoRa的互补发展，将极大地推动未来物联网技术的创新和进步。
标签：LoRaNB-IoT通信