什么是 LoRaWAN 以及它为何对物联网部署如此重要

您是否正在考虑将 LoRaWAN 集成到您的物联网解决方案中？在快速发展的物联网技术领域，LoRaWAN 是 LPWAN 领域中一个举足轻重的参与者。如果您正在考虑为工业或企业应用部署 LoRaWAN 网络解决方案，那么深入研究该协议的复杂性是至关重要的第一步。在本文中，我们将深入探讨 LoRaWAN 技术的所有关键方面。加入我们，我们将为您梳理要点，为您提供洞见，帮助您为您的物联网项目做出明智的决策。

什么是LoRaWAN技术

LoRaWAN 代表长距离广域网 (Long Range Wide Area Network)。它是一种低功耗广域网 (WAN) 协议，专为电池供电的无线物品和资产而设计。LoRaWAN 网络通常使用 433MHz 或 900MHz 等非授权频谱，以无线方式将设备远距离连接到互联网。

该技术基于称为 洛拉采用线性调频扩频调制技术。这种方法将信号扩展到更宽的带宽，使其具有抗干扰能力和远距离特性。Semtech 最初开发了 LoRa 调制技术，并对其进行了维护。

LoRaWAN 增加了网络层协议，以实现终端设备和网关之间的双向通信。网关随后通过 IP 连接到中央网络服务器。该架构支持自适应数据速率、设备寻址、安全性、漫游等功能，从而实现大规模部署。

LoRa 联盟是一个开放的非营利协会，负责监督 LoRaWAN 标准 并推动全球应用。该联盟在全球拥有超过500名成员，涵盖设备制造商、运营商和解决方案提供商，致力于推进部署。

当中的差异： LoRa 和 LoRaWAN

简而言之，LoRa 仅指实现长距离通信的物理调制技术或信号编码方案。它利用啁啾扩频调制和前向纠错的概念，在乡村地区实现超过 10 英里的覆盖范围，在城市地区实现超过 3 英里的覆盖范围。

LoRaWAN 协议在 LoRa 调制基础上运行，用于管理数据通信、实现双向交换并实现网络安全功能。这些功能包括数据速率优化、寻址方案、实施 AES-128 加密以及管理设备和网关之间的数据交换。

因此，LoRa 是一种允许长距离信号传输的物理层调制方案，而 LoRaWAN 则定义了通信协议和标准。LoRa 就像一条高速公路，使车辆能够快速行驶很长的距离，而 LoRaWAN 则是一条交通标志和控制系统，用于管理这条高速公路上有序、安全的交通。

LoRaWAN技术的工作原理

LoRaWAN 架构包括带有传感器、网关、网络服务器和应用服务器的终端设备/节点。

终端通过 LoRa 链路与部署在室外（例如建筑物、塔楼等）的网关连接。网关可连接 WiFi、以太网或蜂窝网络等回程连接。它们可以覆盖数英里的远距离，数据速率可在 0.3kbps 至 50kbps 之间自适应。

网关将来自数百万台设备的消息转发回中央网络服务器。该服务器管理安全、寻址、设备配置文件、规则、数据速率自适应等基本功能。它还能删除重复消息，并控制应用程序和设备之间的确认交付。

网络服务器通过 IP 连接将数据传递到应用服务器。物联网应用程序和业务逻辑就驻留在应用服务器上，用于解码传感器数据并将其与仪表板、分析工具、云服务等连接。

LoRaWAN 设备类别 A、B 和 C

LoRaWAN 包含三种不同类型的终端设备，以满足广泛应用中出现的不同需求：

A类：最低功耗，双向终端设备

这是默认类别，允许端点随时进行上行传输，之后是两个较短的下行接收窗口。由于上行通信是异步的，且下行遵循上行时序，因此设备可以进入休眠状态，从而最大程度地延长电池寿命。下行消息会在服务器上缓冲。

B类：具有确定性下行链路延迟的双向终端设备

B类设备会按照与网络同步的预定间隔打开额外的接收窗口。这可以降低下行链路延迟，但代价是功耗更高。确定性延迟可在128秒内进行编程，使其适合电池供电。

C类：最小延迟，双向终端设备

C类放大器基于A类放大器，除非正在发射信号，否则接收器会持续保持开启状态。这使得服务器可以随时以接近零延迟进行下行传输。然而，持续监听的功耗可能超过50mW，因此C类放大器更适合市电供电应用。此外，C类放大器还支持临时切换。

LoRaWAN 与其他 LPWAN 技术的比较

此 LPWAN 物联网连接领域是物联网连接市场中一个快速增长的部分，其中包括 SigFox、LoRaWAN、NB-IoT、LTE-M、Link Labs 和 Weightless。其他协议，例如 LTE-CAT M、IEEE P802.11AH 和 Dash7，也在 LPWAN 生态系统中发挥着至关重要的作用。在本节中，我们将主要深入探讨前面提到的技术。

• LoRaWAN

LoRaWAN 由 LoRa 联盟管理，其特点是其开放的标准网络层，并得到了多元化行业联盟的支持。LoRa WAN 基于 LoRa 芯片运行，通过高效分发编码数据包，减少碰撞和干扰，在仅上行链路应用中表现出色。尽管 LoRaWAN 是开放标准，但由于依赖 Semtech 芯片进行全栈实施，这为其增添了一层排他性。

• Sigfox

SigFox 是一家成立于 2009 年的法国公司，其独特之处在于通过低调制速率实现更大的传输范围。作为一项专有技术，SigFox 是需要低频和小数据突发的应用的理想选择，例如智能垃圾桶和停车传感器。然而，下行链路容量的限制以及对信号干扰的敏感性对某些用例构成了挑战。

• NB-IoT和LTE-M

NB-IoT 和 LTE-M 正在 LPWAN 领域兴起，利用标准 LTE 连接。NB-IoT 在能源效率和成本效益方面表现出色，使其成为智慧城市应用的理想选择，而 LTE-M 则提供更高的数据速率。两者之间的选择取决于具体应用；NB-IoT 非常适合智能电表，而 LTE-M 可能更适合无人机或车辆。

• 链接实验室

Link Labs 使用 LoRa 芯片，但引入了名为 Symphony Link 的私有 MAC 层。Symphony Link 在 LoRaWAN 的基础上增加了一些重要的连接功能，包括保证无线固件升级、消息接收、中继器功能以及消除动态范围和占空比限制。

• 失重

Weightless SIG 的使命是标准化 LPWAN 技术。作为唯一真正开放的标准，Weightless 在低于 1GHz 的未授权频谱上运行。Weightless 提供三个版本，可用于不同的用途：

Weightless-w：利用空白频段（授权电视频段中未使用的本地频谱）

Weightless-n：源自 NWave 技术的免授权频谱窄带协议

Weightless-p：源自 M2COMM Platanus 技术的双向协议

Weightless N 和 P 是更受欢迎的选择，因为 Weightless W 的电池寿命较短。

LoRaWAN技术的优势

以下是 LoRaWAN 技术提供的一些突出优势：

• 超低功耗：LoRaWAN设备可以在低功耗模式下运行，其电池可以使用数年。
• 卓越的范围：农村地区远距离覆盖范围可达 10 英里，城市环境可达 1-3 英里
• 室内深度穿透：LoRaWAN 网络可以提供室内深度覆盖，并轻松覆盖多层建筑。
• 免费频谱许可：LoRaWAN 技术在免费（未经许可）频率上运行，无需额外的频谱许可费用。
• 高容量：网络容量支持每个网关覆盖超过一百万台设备。
• 公共和私人部署：使用相同的软件和硬件（终端设备、网关、天线）可以轻松部署私有和公共 LoRaWAN 网络。
• 端到端安全：强大的 128 位 AES 端到端加密，确保强大的安全性。
• 低价位：设备和运营成本非常低，非常适合大型设备部署
• 生态系统：LoRaWAN 拥有非常庞大的生态系统，包括设备制造商、应用程序开发商、网络服务提供商和解决方案供应商。

LoRaWAN技术的用例

以下是一些非常适合 LoRaWAN 的有前景的用例类别：

智慧城市与公用事业

城市可以高效地连接市政基础设施，例如仪表、垃圾箱、路灯和污染监测器。甚至可以实现车辆和公交车追踪，从而实现智能交通。对于公用事业公司而言，大规模智能计量（涵盖燃气、电力和水表）非常可行。

供应链与物流

物流公司可以追踪集装箱、托盘在多个仓库和运输途中的位置、状况和移动情况。冷链可以确保易腐货物的完整性。港口运营可以追踪起重机、车辆、货物等。

智能农业与耕作

LoRaWAN 传感器可以广泛应用于农场、果园和葡萄园，通过电池传感器全年监测土壤湿度、作物生长环境和储存条件。动物健康和定位可穿戴设备也正在兴起。

资产管理和跟踪

设备等贵重资产可跨地点监控温度、冲击、运动等参数，从而提高安全性、利用率和使用寿命。LoRaWAN 标签托盘和箱子可简化仓库流程。

工业物联网和传感器监控

工厂可以部署可靠的远程传感器，跨楼层追踪资产、安全指标和产品质量指标，无需布线或更换电池。即使是管道、钻机等远程站点也能进行测量。

智慧医疗

医院可以使用 LoRaWAN 高效连接医疗设备和轮椅等资产，从而实现更佳的追踪和利用率。住院期间佩戴患者腕带可以监测患者运动情况，从而改善工作流程。辅助生活设施也能从定位和跌倒检测功能中获益，从而提高安全性。

适合您应用的 MOKOSmart LoRaWAN 传感器

MOKOSmart提供多种支持LoRaWAN的传感器，非常适合许多远程低功耗物联网应用。一些可能有用的MOKOSmart LoRaWAN传感器包括：

LoRaWAN PIR 运动传感器：检测运动并可用于占用监控、入侵者警报、自动化触发等。

LoRaWAN GPS 追踪器：追踪资产的实时位置，并可监测温度和移动情况。适用于车队管理、资产追踪和防盗。

LoRaWAN温湿度传感器：监测环境温度和湿度。非常适合冷链物流、暖通空调监控、存储单元跟踪和环境分析。

LoRaWAN紧急按钮：紧急警报按钮，按下时可以通知人员问题或启动紧急响应系统。

LoRaWAN 停车传感器：检测停车位内是否有车辆。支持智能停车应用和分析。

LoRaWAN智能徽章：追踪人员实时位置，并可作为紧急按钮发送警报。非常适合劳动力管理、门禁控制和安全应用。

如何开始使用 LoRaWAN 技术

部署 LoRaWAN 解决方案 从概念验证到大规模推广，主要步骤通常包括：

• 研究 LoRaWAN 是否满足可靠性、范围和电池寿命
• 了解通过公共网络、社区网络或私人部署的覆盖选项
• 选择 LoRa 模块和 LoRaWAN 传感器等硬件
• 检查本地网络服务提供商的可用性或部署自己的网关
• 通过网关将终端设备硬件连接到 LoRaWAN 网络服务器
• 开发设备应用程序和物联网应用程序与云服务的集成
• 在预期的部署条件下测试覆盖率和传感器性能

随着 LoRaWAN 覆盖范围和设备选项的快速扩展，现在是探索您自己的创新 LoRaWAN 用例的好时机。