科技改变生活,浅谈LoRa与物联网技术

2018-03-08 16:05:45 唯传科技 1040

LoRa凭借其成本低,分布广,耐用性强,技术成熟的特点使其已经广泛的应用于各个物联网行业,而其QoS不高,数据传输量小,存在延迟的特点使得在某些行业中与NB-IoT有机互补。

  信息技术高度发达的今天,继计算机、互联网之后,又一命题横空出世,正以迅雷不及掩耳之势引发社会强烈广泛的关注,那便是“物联网”。

  什么是物联网?简而言之,世界上的万事万物,小到手表、钥匙,大到汽车、楼房,在嵌入一个微型感应芯片之后,就可以变得智能化,可以“自动开口说话”,再借助无线网络技术,人们就可以和物体“对话”,物体和物体之间也能“交流”,这就是物联网,又称IoT(Internet of Things)。

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这里所说的“对话”,实际是指信息指令或者是数据通过无线网络传播至各个设备的信号接收装置,以使设备进行相应的操作。无线网络是一种宽泛的概念,是所有无线数据传播技术的总称,如我们熟知的,模拟移动电话通讯,2/3/4代GSM(Global System for Mobile Communication),蓝牙,WIFI等都包含在内。随着IoT的兴起,各种专门针对该领域应用的低功耗广域物联网技术(LPWAN)也如雨后春笋般涌现,如LoRa技术,NB-IoT技术,Sigfox技术等等。不同的通讯技术有着不同的特点,使得构建物联网时有了丰富的选择,这其中,NB-IoT与LoRa是典型代表,也是最有发展前景的两个低功耗广域网通信技术。那么究竟他们之间各自有何特点?能否互相取代?在物联网领域谁执牛耳?这些都受到了行业内广泛关注。本文将从LoRa技术出发,简要剖析上述问题。

  物联网应用需要考虑许多因素,例如:节点成本,网络成本,电池寿命,数据传输速率(吞吐率),延迟,移动性,网络覆盖范围以及部署类型等。可以说没有一种技术可以满足IoT所有的需求。LoRa 为英文Long Range的缩写,是由Semtech公司于2013年发布的一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术,该频段为非授权频段,故在使用时不需要额外收费,而且LoRa使用的LoRaWAN是一种异步通讯协议,该协议方式不仅在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性,而且在耗电方面极为经济,大大增加了利用电池供电的设备的使用寿命。但是,在服务质量(QoS)上却差强人意,略逊色于使用蜂窝网络的通讯方式。因此需要节约成本、大量连接,而对QoS要求不高的情况下,LoRa无疑是最佳的选择。

  关于电池寿命方面有两个重要的参考因素:一、节点的电流消耗(峰值电流和平均电流);二、协议内容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议,也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠,而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。例如,现在市面上的手机工作时每1.5s必须与网络进行同步。在NB-IoT中,这种同步尽管减少但是仍然在定期进行,这样就额外的消耗了电池的电量。蜂窝的调制(OFDM或者FDMA)需要一个线性的发射器来产生调制信号,而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制的多几个数量级,越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。 在节能方面,LoRa的表现可圈可点,LoRa节点的接收电流仅为10mA,睡眠电流200nA,LoRa的电池寿命高达3~10年,远远高于NB-IoT。从终端通讯方式的角度来看,同步的通信协议往往具有较小的下行延迟,所以对于需要频繁通信、对延迟敏感或者较大数据量的应用来说NB-IoT或许有一定的优势,但是对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说LoRa会更胜一筹。

  节点工作的本质需求是网络的覆盖,相比于使用蜂窝网络的NB-IoT技术,LoRa的终端节点的铺设成本上要经济的多,这为LoRa区域网络的大范围铺设打开了一扇方便之门。LoRaWAN的协议和调制机制比NB-IoT更简单,因此相应的电路的设计及制造成本就更为低廉,同时该协议是免税的。NB-IoT和3GPP一样是要收税的,其费用累加起来,一个模块的成本很难低于20美元,而LoRa模块价格一般在7-10美元,LoRa联盟本身没有过多版权和税费的限制,随着技术的不断成熟,LoRa模块在将来有望低于4美元。在节点部署方面,NB-IoT可以直接升级4G手机信号发射基站来实现,但费用仍比较高昂,保守估计每个不少于15000美元,在没有4G发射站的地方,如一些偏远乡村则无法建立节点。LoRaWAN摒弃了传统的铁塔布网方式而使用不同模型以降低支出和运营成本,包括使用利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。现阶段一个塔式的基站价格大概是1000美元,工业基站价格低于500美元,而家庭式的网关只需要100美元左右。

  随着今年六月份NB-IoT的标准冻结,标志着该技术正式完成开发并投入市场;而LoRa的诞生还要早两年,在产业应用上也相对更为成熟。实践证明,LoRa联盟自成立以来,其旗下成员已多达330多家,其中不乏IBM、思科、法国布依格等重量级厂商。其产业链也更为完善,从终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商每一环都有大企业,从生产到发布应用的各种运营活动均能得到保障。

  综上所述, LoRa凭借其成本低,分布广,耐用性强,技术成熟的特点使其已经广泛的应用于各个物联网行业,而其QoS不高,数据传输量小,存在延迟的特点使得在某些行业中与NB-IoT有机互补。

  适合选用LoRa技术的应用场景:

  智慧农业

  对农业来说,低功耗低成本的传感器是迫切需要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提高产量、减少水资源的消耗等有重要的意义,而这些数据指标短时间内不会产生明显变化,数据量小且对实时性的要求不高,因此LoRa无疑是最佳选择。

  智慧建筑

  对于建筑的改造,加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器并且定时的将监测的信息上传,方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说,这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量,同时便携式的家庭式网关便可以满足需要,所以该场景LoRa是比较合适的选择。

  自动化制造

  在自动化工业生产环境中,大量的智能技术得到应用,各种信息数据在网络中进行交汇,因此所选网络的特性直接关乎生产计划的执行质量。一些场景需要频繁的通信并且确保良好的服务质量(QoS),这时NB-IoT是较为合适的选择;而一些场景需要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态,这时LoRa便是合理的选择。

  智慧物流

  物流行业涉及的地域范围非常广阔,因此在选择网络时首选考虑的是低投入与高工作寿命。为了能够跟踪卡板以及确定货物的位置与状态,货运公司需要的是参与整个物流过程的设施均处于网络覆盖下,那么不仅要求网络节点足够经济性以便于大范围铺设,而且拥有机动性使其可以安装在运输工具上作为一个移动网关。如此,需要依靠4G基站布网的NB-IoT技术显然不能适应这方面要求,而LoRa低成本,高电池寿命,高机动性,以及在高速移动时通信的稳定性使得其能够在智能物流领域独领风骚。

  随着物联网技术的不断成熟,一场新的产业革命已悄然兴起,他将同人类历史上历次技术革新一样改变着生产方式,最终影响到人们日常的衣食住行。作为物联网产业中的左右先锋,LoRa以及NB-IoT,两者可谓各有千秋,互有长短,因而将形成带有各自特点的商业模式,在未来的物联网市场中大放异彩。

 




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