由认识到应用——物联网LoRa技术性能分析

在这之前，我们通过《从陌生到认识——LoRa技术》知道了LoRa，在这之后，我们或许可以将LoRa技术落地应用。

首先，什么是LoRa网关？ 网关功能和大小都和WIFI路由器差不多，它用来接收节点（终端）发射的数据，然后通过互联网把数据转送到LoRa应用服务器。

常用的LoRa网关芯片有：

以 Dragino 网关为例，Dragino LG08 网关使用了一个网关芯片（SX1301)，两个射频前端芯片(SX1257)，可以同时监听8路+1路LoRa信号，接收灵敏度为 -140dBm，支持LoRaWAN协议标准。

大部分网关的设计都可以同时接收8 路不同射频频率的信号

因为，LoRa网关有8个LoRa信号接收信道，这信道好比马路上的车道，如果马路有八条车道，即可以同时实现八辆车并排通行，如果要求每一种类型的车仅能行驶在固定的车道，那么，八车道的马路同时并排的八辆车必须是不同类型的，LoRa网关也如是，它只能同时接八种不同类的信号（频率和SF不同），如果同一时间有大量节点发射数据，网关的信道被占满后，会放弃其他多余的信号。

LoRa信道冲突是很常见的，所以节点发射信号要有协议规定，例如信号占空比，每个节点每次发射信号占用的时间不能超过规定的时间，否则视为不遵守规则。 网关可以通过硬件设计方式，例如添加节点芯片，实现LBT——listen-before-talk，LBT的作用是监控信道是否被占用，在某些国家（日、韩）是强制要求网关实现这个功能的，因为这些国家面积小，人口又比较多，通信频道容易拥塞，使用LBT能提高信道效率。

网关容量的计算比较复杂，如果终端按每3分钟发射一次数据，数据长度为50B去估算，网关接纳终端的数量是900个左右。

具体要计算网关接纳终端的容量，受很多因素制约，其中至关重要的是通道多址接入控制协议，多址接入协议分类有：
1固定多址接入，典型的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。
2随机多址接入，靠随机数控制，典型的协议有ALOHA, CSMA。
3基于预约的多址接入，数据发射前先进行通道预约，原理和日常预约挂号差不多。

LoRaWAN一般有8路信道，每路信道是相互独立的，我们只要分析其中一路信道，计算其容量，再乘以8就可以计算出网关的容量。
以Dragino LG08网关的其中一个信道为例进行分析，首先，需要统计网关覆盖区域内的所有终端节点的发包长度、ADR后的扩频因子、发包频率这些参数。通过LoRa计算工具（计算公式）计算出LoRaWAN模式下不同扩频因子对应的传输速率，并计算出每个终端节点的每个包的飞行时间，然后进行加权平均和数据处理。

处理方法如下：

很明显LoRa的网关容量是足够大的，物联网节点设备每天的发包率大多数都很低，一个Dragino LG08网关每天可以支持几十万（粗略估算 )条上行数据，计算公式： 。

如果考虑下行数据，上行的数据包总量会有所减少，大概会减少 20%~50%的上行数据容量。

如果使用Dragino的新款网关LIG16（SX1302方案），上述数据容量会明显增大，1302的信道的吞吐量要比1301大 倍。

基本上，LoRaWAN网络的信道容量是足够的，网关布置的关键是要考虑信号的覆盖问题。

LoRa节点芯片亦发展到了第二代，第一代为SX127X系列，第二代为SX126X系列，新产品性能必须要比旧产品性能好，SX126X对比旧版的优势有：

可以通过使用温补晶体或电路开槽的方案解决。

空中飞行时间可以通过公式计算得到：

是单个码元的时间， 是数据包码元总数。

数据包长度值最小是1B，最大长度需要满足国家地区无线电规范。 需要注意的是，每增加1B长度的数据，其空中飞行时间不会连续增加，而是增加一定字节的数据后一次性增加时间。

这是因为数据发射前要经过LoRa芯片的交织编码处理，而交织编码器有一定的容余空间。

例如在 SF = 7 的配置下，交织器的容量是 ，其中有 是有效载荷， 发送1B~3B的数据都是用5个码元，发送4B数据时，就要10个码元数，而10个码元可以容纳56b（7B）有效载荷。

LoRa通过无线电波传输，无线电波从发射天线发出，沿不同途径和方式到达接收天线，传输到达的距离远近和电波的频率、极化方式、传播的路径等有关。

电波的理想路径是在真空传输，没有阻挡，舒舒服服。
在实际的应用环境中存在各种障碍物，使电波的传播产生反射、绕射和衍射等非理想传输方式，造成距离计算的多样性和复杂性。

无线电波极限距离可以用公式表达为：

弗里斯传输方程是讨论，在自由空间的一个射频发射和接收系统中，发射功率、接收功率与天线增益、传输距离之间的关系。

当发射天线与接收天线的方向系数 都为1时，设发射天线辐射功率 与接收天线的最佳接收功率 的比值为 ， 得公式：

D=1时，无方向性发射天线的功率密度：

D=1时，无方向性接收天线的接收面积：

该天线的接收功率为：

于是自由空间传播损耗为：

当电波频率提高一倍或距离增加一倍时，自由空间传播损耗分别增加6dB 。
如果考虑天线增益影响，发射天线增益系数为 ， 接收天线为 ，可以导出公式：

这就是弗里斯传输公式 ，它还有很多变形，利用公式可计算收发设备间的最远工作距离 。
电磁波传播过程中存在额外衰减，定义为衰减因子：

相应的衰减损耗为：

A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗：

在路径传输损耗 为客观存在的前提下，降低链路传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增益系数。

链路预算用来估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最远距离。

一个系统中链路预算等于其发射机的最大输出功率与接收机最高灵敏度的差值，用dB表示。当系统的链路预算大于路径损耗时，可以实现通信。

接收信号强度（RSSI）常用 表示， 用来判断链接质量，其表达式为：

理论上两颗简单的SX1262芯片就可以实现地球和月球之间的无线通信。

实际应用可以通过增大发射功率或者改善天线架设环境等措施去增加无线传输距离。

LoRa技术的性能大体讨论到这里，更高深的知识还待去学习更新。

LoRa是一种专用于无线电调制解调的技术,LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术,拥有前所未有的性能。

LoRa是semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其名称“LoRa”是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

LoRa是基于Semtech公司开发的一种低功耗局域网无线标准，其目的是为了解决功耗与传输难覆盖距离的矛盾问题。一般情况下，低功耗则传输距离近，高功耗则传输距离远，通过开发出LoRa技术，解决了在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远的技术问题，实现了低功耗和远距离的统一。

LoRa实际上是物联网（IoT）的无线平台。Semtech的LoRa芯片组将传感器连接到云端，实现数据和分析的实时通信，从而提高效率和生产率。

随着物联网、大数据、AI等技术的发展，我国智慧城市建设正从连接互联网的10时代，向更高效的数据互联的20时代迈进。智慧城市不再只是信息互联网化，而是人工智能化的新型基础设施的集合，比如，智慧城市中的智慧市政（水电煤能源、管网、路灯等）、智慧交通、智慧安监等。

在此背景下，能源、建设、生产、安保等城市经济服务等方面的物联网建设，正在形成下一个风口。据统计，物联网应用市场规模或达万亿级，目前已吸引了腾讯、阿里等互联网巨头以及移动、铁塔、联通等电信企业布局市场。

智慧城市建设迎来新阶段

近年来，我国多个城市开展了智慧城市建设试点，有效改善了公共服务水平，提升了管理能力，促进了城市经济发展。而在信息化后，智慧城市正在进入以智慧化、精细化治理为重要特征的新型智慧城市阶段。

2019年初，西安正式发布《关于加快推进新型智慧城市建设的决定》，明确提出将推进城市的智慧治理，优化城市管理。升级数字城管系统，搭建一体化城市管理平台等。

湖南省日前印发5G应用创新发展三年行动计划指出，到2021年，“5G+”行动计划初见成效，在工业互联网、自动驾驶、超高清视频、网络安全、医疗 健康 、智慧城市、数字乡村、生态环保等重点领域，打造100个以上示范应用场景。

北京市海淀区宣布，2019年上半年，海淀区拨付智慧海淀专项资金33亿元。包括试点搭建“城市大脑”基础平台，运用大数据、云计算和人工智能技术，在大力整合各部门信息化系统的基础上，加快推动城管、交通、环卫、安防、教育、医疗、社区等领域的智能化项目落地等。

中商产业研究院发布的《2019-2024年中国智慧城市建设发展前景与投资分析报告》显示，截至2016年底，国内100%的副省级以上城市、87%的地级以上城市提出了智慧城市计划，前三批智慧城市试点共签约311个城市，重点项目签约总量超过4000个。总计约500多个城市已提出智慧城市发展计划或在建智慧城市，预计总投资规模将达到万亿元级别。

万亿级应用场景显现

近日，在2019深圳国际LoRa物联网高峰论坛上，腾讯云物联网产品中心产品总监石文凭表示，在城市发展升级的进一步需求中，物联网应用市场的规模或达万亿级。

GSMA智库前不久发布的全球物联网市场报告显示，包括连接、应用、平台与服务等多方面，2025年全球物联市场将达到15万亿美元，商业应用更是占据了整个物联网市场的半壁江山。据中国物联网研究发展中心预计，2025年我国物联网产业规模将达2万亿元。

“但碎片化是目前物联网行业面临的问题。”深圳市唯传 科技 有限公司创始人、CEO姚晓海表示，从目前来看，无论应用场景还是客户规模均呈现碎片化，极为分散，因此多终端、多技术的融合将会是物联网的一个大趋势。

姚晓海说，作为智慧城市建设的一个重要方面，以仪器为终端，万物的统计、检测、计量都会基于物联网应用去做管理。同时，由于这种连接并不需要大量的数据传送，只需要在关键时间点进行数据传输，因此低功耗、低成本将是其应用的关键。

具体来看，任何一种无线通信技术都有自己适合的应用场景，LPWAN具有的低功耗、广覆盖、大连接以及低成本等特点，相比于传统的3G、4G、WiFi、ZigBee等通讯技术，更为适用于物联网行业。目前，LPWAN技术尚未形成统一标准，LoRa、NB-IoT、eMTC、Sigfox等都是比较典型的LPWAN技术。其中，作为最早出现的LPWAN技术之一，LoRa的主要优势在于传输距离远、功耗低、大容量以及组网灵活等。

姚晓海介绍说，LoRa的价值在于低功耗、远距离传输以及高度自主的布网能力，适用于对连续覆盖、深度覆盖要求高的场景，同时在一些特定细分场景中，比如偏远或边缘地区，更是有其他通信技术无可比拟的优势。“LoRa的最大特点就是在同样的功耗条件下，比其他无线方式传播的距离扩大3至5倍，实现了低功耗和远距离的统一。”

除了可控距离外，LoRa技术还可大幅度降低建设成本。姚晓海表示，LoRa不需要建设基站，一个网关便可控制较多设备，并且布网方式较为灵活。另外，对比24G和蓝牙、WiFi等技术，LoRa稳定性较高，也较为安全；而基于短距离射频技术和蜂窝基础设施和基于互联网的物联网网络均有数十亿终端分散在各处，造成部分信号难以长距离输送，且安全性有待考量。

姚晓海表示，国内LoRa产业生态正在不断完善，LoRa技术的应用场景也在不断扩充。未来，LoRa必将会在物联网产业中扮演重要角色。据统计，目前全球已有100个国家和地区的网络运营商部署了LoRa网络。

众巨头加速布局

目前，我国互联网巨头也已开启LoRa布局。腾讯方面，腾讯与维传共同成立深圳腾传物联技术有限公司，共建LoRaWAN网络，为各种物联网应用和终端用户（如政府公共服务）提供从设备、边缘到云端的LoRaWAN一体化解决方案。

腾讯云物联网产品中心产品总监石文凭表示，基于LoRa连接技术，腾讯已经在智慧城市、智慧停车、智慧社区、智慧消防等领域进行了规模化的应用。“但物联网的产业链非常长，这不是一家企业所能通吃的，需要各个不同环节的企业合作共赢，才能更好地促进产业发展。”

阿里云方面表示，除了将继续加大在LoRa芯片、IP、支撑平台上的投入外，未来还将全力打造百亿级LoRa连接，尽快实现LoRa的全面普及。阿里云智能IoT总监华璐坷表示，LoRa技术经过数年发展，已经初具规模，产业发展也进入了一个新的阶段。

华璐坷说，阿里提出了一个LoRa20的概念，在LoRa20时代，LoRa的技术特点与应用场景将逐渐转向室内消费级应用，这将会极大规模地促进LoRa的应用范围，未来LoRa将会如WiFi一样在企业中普及。

LoRa和NB-IoT都是新兴的低功耗广域网(LPWAN)技术。作为中国目前的两大主流技术，都备受关注。在国家政策的大力支持下，NB-IoT技术发展如日中天。相比之下，由于频段许可问题而沉寂了很长一段时间的LoRa技术则低调得多。那么LoRa和NB-IoT有什么不同呢？它们各自的优势是什么？

不同的商业模式

首先，我们需要明确的是，LoRa和NB-IoT最基本的运营模式截然不同。

NB-IoT是运营商代理建设的网络，业主无需考虑基站部署。NB-IoT可以在通信基站本身的基础上进行改造，不需要很多的工作量就可以进行组网。那么 *** 作员就可以掌握该数据通道进行计费。那么运营商只要掌握了该数据通道就可以轻而易举的进行收费。

但同时，网络拥有者无法控制网络质量。如果存在信号盲区，也不可能对网络进行优化，为盲区信号进行补充。而且，数据的保密性对所有者来说也是无法控制的。

与NB-IoT恰恰相反，LoRa是企业自建网络。业主可以独立控制网络质量，运营数据掌握在业主手中。他们还可以根据业务需要扩展网络。

用户无需依赖运营商即可完成LoRa网络部署，不仅布局更快，成本也更低。在社区、农场、工业园区等封闭区域，特别是NB-IoT信号较弱的室内和地下环境，LORA技术优势就突显出来了。由于LoRa技术的兴起，如果民企想要涉足远距离通信，非授权频段就是一个完美的选择。

不同的工作频段

NB-loT工作在授权频段，也就是专门分配的频段。业主不能在这个频段内发送信号。国内三大运营商：电信、移动和中国联通都参与了NB-IoT，现在华为也在大力推广这一技术。

LoRa在无证频段工作，只能在某些频段工作。NB-IOT必须由运营商提供，并且必须使用运营商的网络。这就是国内运营商支持NB-IOT技术的原因。

不同的运营成本

1 NB-loT由运营商进行网络建设，用户承担NB模块硬件费用和NB-loT运营商的网络租赁费。

2LoRa为自建网络，用户只需承担LoRa模块费用+LoRa基站费用。

模块功耗不同

1、目前NB功耗高于LORA，但具体比较与终端数据接收和发送频率有较大关系；高频应用对NB功耗影响较大，与休眠/唤醒机制关系较大，而LORA受此影响较小。

2、如果是低频采集，比如一个月一次，那么NB的功耗可以保证几年的使用寿命，完全可以支撑应用；如果是高频采集，比如每小时一次，甚至半小时，预计NB的功耗至少是LoRa的3倍以上。

NB-loT的应用场景

(1)共享单车

(2)智能抄表（业主对采集频率不高，对网络可用性没有高要求的）

(3)蓄水/管网监测

(4)智能穿戴系列

(5)智能停车

(6)道路停车检测器

(7)矿区、采掘业、郊区重工业等领域和郊区

(8)区域集中式：例如，大学、普教、园区等场所

LoRa的应用场景

（1）智能抄表（对网络可用性有高要求）

（2）道路泊车检测器

（3）野外郊区作业，如矿业、采掘业、郊区重工业等；

（4）区域集中型（用户希望建设私网）

LoRa与NB-IOT的发展前景

与NB-IOT相比LoRa仍具有一定的优势。一个是自由度，因为NB-IOT依赖于运营商的基础网络建设。在许多情况下，运营商的基础设施不在覆盖范围内，而LoRa是一个自主网络。一些公司不喜欢将数据传输给其他公司，甚至运营商，因此一些公司会选择部署自己的LoRa网络，在安全性方面LoRa更胜一筹。

虽然LoRa的口碑不如NB-IOT，但就资历而言，LoRa绝对比NB-IOT强势得多。

LoRa改变了传输功耗和传输距离的平衡，改变了嵌入式通信领域的局面。给人们一种全新的技术，可以实现远距离、长续航、大系统容量和低成本的硬件。

随着LoRa联盟的推进，LoRa的产业链已经非常成熟。从基础芯片、模块到设备制造，都有相关厂商。在中国，LoRa可能没有NB-IOT那么出名，但在世界上，LoRa是非常受欢迎的。世界上有52家运营商正在部署LoRa网络，100多个国家正在进行试点。

5月8日，工信部发布的关于推进物联网发展的通知中，明确提出要构建完整的NB-IoT产业链，并且提出了NB-IoT的覆盖目标，并且大力扶持NB-IoT的发展。NB-IoT是一个风口，NB-IoT产业链也大有可为，但还想需要网络、芯片模块、平台等共同努力促进物联网发展。

LoRa和NB-IoT同样都属于LPWAN（低功率广域网络），是对目前网络通信的补充，主要用于物联网领域，例如“共享单车”“智慧农业”等领域。他们共同的特点是“覆盖范围广”、“低功耗，待机时间长”、“布置成本低”，技术本身是没有“优劣之分”的，主要是应用的区别。NB-IoT利用的是运营商专有频谱，是需要给运营商定期交钱的，LoRa需要自己进行网络建设，但是建成之后不需要再交钱，所以2017年开始国内3家运营商都开始建设NB-IoT网络，当时工信部的发文是要“到2020年，NB-IoT网络实现全国普遍覆盖”，本来以为NB-IoT网络会在国内大获全胜，可是现在已经2019年底了，3家运营商对NB-IoT网络的建设都已经减缓。因为NB-IoT的基站不像手机基站那样只要有人的地方就要覆盖的，一般是在有需要的地方才覆盖，运营商也要算投入产出比，所以目前实施的NB-IoT项目很多都发现网络覆盖不够好，还有很多的项目运营商会转用2G网络去代替NB-IoT。对于很多需要LPWAN的应用，如智慧农业、智慧电网等覆盖范围非常广、传输点位不多的项目，运营商是不会去专门建基站的，这种情况就非常适合用户自己利用LoRa去建设物联网络。个人认为LoRa会比较适合物理网应用，但是NB-IoT和LoRa会在非常长的时间里边共存，直到下一次的技术革新。

物联网专业属于较新的专业，智联招聘的数据专家郝建老师进行了分析：按照目前的职位需求和人才供给情况，以及这些行业的普及程度，到2015年，也就是这些专业的第一批学生毕业那一年，人才需求量最高的会是物联网。

物联网就业岗位：射频识别开发工程师、物联网/嵌入式硬件开发工程师、物联网/嵌入式硬件测试工程师、物联网/嵌入式硬件驱动工程师、

物联网/嵌入式系统软件工程师、物联网系统集成工程师等。

就业方向：自动化企业、智能家电、智能家居、工业控制企业、数字娱乐公司、汽车、医疗、航空航天、环境保护、智能物流等领域。

国内应用的例子有很多，比如：浦东机场的围界报警、世博会的安全报警等；中国移动的M2M业务，煤气、水电费自动收费等等。食品安全追溯、危险品运输车辆监测系统等等。

这是在飞瑞敖物联网信息论坛拷贝的几段内容，详细内容你可以去看看了解一下。

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