芯耀
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物聯(lián)網(wǎng)正成風口。
如今處于物聯(lián)網(wǎng)時代，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，無線通信技術也得以邁步發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層的多種連接技術里，不僅需要速率和穩(wěn)定性更高的 5G 技術，也需要低功耗、遠距離、大連接的 LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功耗廣域網(wǎng)絡）技術。
其中，LoRaWAN 以其獨特的靈活性脫穎而出，得到物聯(lián)網(wǎng)界的認可。
提到 LoRaWAN，就不得不提到 LoRa，LoRa 是 LoRaWan 的一個子集，屬于物理層的一種調制技術，采用線性調制擴頻的方式，能顯著提高接收靈敏度，實現(xiàn)了比其它調制方式更遠的通信距離。
LoRa 作為 LPWAN 主流技術之一，正在賦能智慧城市中的物聯(lián)網(wǎng)轉型。
關于 LoRa 技術的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢，且看下文。
關于 LoRa，你了解多少？
LoRa 的名字是遠距離無線電（Long Range Radio），作為一種線性調頻擴頻的調制技術，最早由法國幾位年輕人創(chuàng)立的一家創(chuàng)業(yè)公司 Cycleo 推出，2012 年 Semtech 收購了這家公司，并將這一調制技術封裝到芯片中，基于 LoRa 技術開發(fā)出一整套 LoRa 通信芯片解決方案，包括用于網(wǎng)關和終端上不同款的 LoRa 芯片，開啟了 LoRa 芯片產品化之路。
不過，僅僅一個基于 LoRa 調制技術的收發(fā)芯片還遠不足以撬動廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場，在此后的發(fā)展歷程中，由于多家廠商發(fā)起的 LoRa 聯(lián)盟，以及推出不斷迭代的 LoRaWAN 規(guī)范，催生出一個全球數(shù)百家廠商支持的廣域組網(wǎng)標準體系，從而形成廣泛的產業(yè)生態(tài)。
推動這一生態(tài)的相關技術標準、產品設計、應用案例等都是多個廠商共同參與的過程，這些也是形成目前龐大產業(yè)生態(tài)更為關鍵的元素，而它們并不屬于 Semtech 單個公司所有，比如 LoRaWAN 規(guī)范是一個全球多個廠商共同參與的開放標準，任何組織或個人都可以根據(jù)這一規(guī)范進行產品開發(fā)和網(wǎng)絡部署。
相較于大多數(shù)的網(wǎng)絡采用網(wǎng)狀拓樸，易于不斷擴張網(wǎng)絡規(guī)模，但缺點在于使用各種不相關的節(jié)點轉發(fā)消息，路由迂回，增加了系統(tǒng)復雜性和總功耗。LoRa 采用星狀拓樸（TMD 組網(wǎng)方式），網(wǎng)關星狀連接終端節(jié)點，但終端節(jié)點并不綁定唯一網(wǎng)關，相反，終端節(jié)點的上行數(shù)據(jù)可發(fā)送給多個網(wǎng)關。理論上來說，用戶可以通過 Mesh、點對點或者星形的網(wǎng)絡協(xié)議和架構實現(xiàn)靈活組網(wǎng)。
LoRa 網(wǎng)絡構架
LoRa 主要在全球免費頻段運行（即非授權頻段），包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 網(wǎng)絡構架由終端節(jié)點、網(wǎng)關、網(wǎng)絡服務器和應用服務器四部分組成，應用數(shù)據(jù)可雙向傳輸。
LoRa 是創(chuàng)建長距離通訊連接的物理層或無線調制， 相較于傳統(tǒng)的 FSK 技術以及穩(wěn)定性和安全性不足的短距離射頻技術，LoRa 基于 CSS 調制技術（Chirp Spread Spectrum）在保持低功耗的同時極大地增加了通訊范圍，且 CSS 技術數(shù)十年已經廣受軍事和空間通訊所采用，具有傳輸距離遠、抗干擾性強等特點。
此外，LoRa 技術不需要建設基站，一個網(wǎng)關便可控制較多設備，并且布網(wǎng)方式較為靈活，可大幅度降低建設成本。
LoRa 因其功耗低，傳輸距離遠，組網(wǎng)靈活等諸多特性與物聯(lián)網(wǎng)碎片化、低成本、大連接的需求十分的契合，因此被廣泛部署在智慧社區(qū)、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農業(yè)、智能物流等多個垂直行業(yè)，前景廣闊。
LoRa 的特性總結：
- 傳輸距離：城鎮(zhèn)可達 2-5 Km ， 郊區(qū)可達 15 Km 。
- 工作頻率：ISM 頻段 包括 433、868、915 MH 等。
- 標準：IEEE 802.15.4g。
- 調制方式：基于擴頻技術，線性調制擴頻（CSS）的一個變種，具有前向糾錯（FEC）能力，semtech 公司私有專利技術。
- 容量：一個 LoRa 網(wǎng)關可以連接上千上萬個 LoRa 節(jié)點。
- 電池壽命：長達 10 年。
- 安全：AES128 加密。
- 傳輸速率：幾百到幾十 Kbps，速率越低傳輸距離越長，這很像一個人挑東西，挑的多走不太遠，少了可以走遠。
LoRa 發(fā)展現(xiàn)狀
大約從 2014 年起，國內首批企業(yè)開始研發(fā) LoRa 相關產品，至今經過 5 年的時間，LoRa 已經從一個小范圍使用的小無線技術成長為物聯(lián)網(wǎng)領域無人不曉的事實標準。
去年年初，工信部無線電管理局發(fā)布《微功率短距離無線電發(fā)射設備技術要求（征求意見稿）》的意見，其中提到了 470-510MHz 頻段的使用允許用于無線傳聲器，明確用于傳送聲音的無線電設備，而非數(shù)據(jù)；同時強調“限單頻點使用，不能用于組網(wǎng)應用”。一封針對 LoRa 組網(wǎng)應用的征求意見稿受到行業(yè)人士的廣泛關注，使得 LoRa 網(wǎng)絡在國內的發(fā)展一度面臨困境。
最終，在產業(yè)各界人士的努力下，工信部的規(guī)定沒有明確指出不能組網(wǎng)，而是表示可以做局域網(wǎng)，對具體應用也解除了限制，從而解決了 LoRa 在國內發(fā)展的不確定性問題。另一方面，隨著幾大互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊、谷歌以及阿里相繼加入 LoRa 聯(lián)盟，為 LoRa 的生態(tài)圈引入了強援，一起應對 LoRa 發(fā)展過程中所面臨的難題。
科技巨頭紛紛入局 LoRa、加入 LoRa 聯(lián)盟，可以看出各企業(yè)都希望借助 LoRa 這個切入點來確立自身在物聯(lián)網(wǎng)和產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域的地位。阿里和騰訊兩大互聯(lián)網(wǎng)巨頭將 LoRa 作為其物聯(lián)網(wǎng)布局的重要入口，主推的 LinkWAN 平臺和 TTN 平臺對于產業(yè)鏈上下游的帶動作用非常明顯。另外，鐵塔、聯(lián)通以及廣電等群體也開始針對 LoRa 產業(yè)進行布局，進一步促進其在各行業(yè)應用的落地。
從目前的市場結構看，國內已有上千家企業(yè)參與到 LoRa 產業(yè)生態(tài)中，呈現(xiàn)出大中小型企業(yè)、傳統(tǒng)企業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)共同參與的格局。國內提供給 LoRa 發(fā)展的產業(yè)大環(huán)境不斷向好，LoRa 聯(lián)盟自身力量也在不斷壯大。
據(jù)資料了解，2018 年國內 LoRa 芯片出貨量達到數(shù)千萬片，其中，模組和表計廠商占據(jù)大部分采購份額，基站廠商采購量位居其次。除此之外，國內還有大量分散的模組、終端廠商也會直接采購 LoRa 芯片，雖然都是小批量，但加起來規(guī)模還算可觀。
對于大部分模組、終端、系統(tǒng)和應用廠商來說，它們對于各種技術是中立的，選擇何種技術路線大部分是一種純市場化行為。LoRa 芯片是支持整個產業(yè)的重要底層元器件，但整個產業(yè)結構的形成還要靠多種力量共同努力，這種力量在國內已經形成。LoRa 相關產品靈活性較強已成業(yè)界共識，不僅僅在于能夠在各種環(huán)境下自主部署網(wǎng)絡，還在于各類開發(fā)者能夠選擇多個平臺，快速得到開發(fā)支持。
近一年來，LoRa 在智慧城市、智能園區(qū)、智慧建筑、智慧安防等垂直領域也有了大量落地的行業(yè)應用。Semtech 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務總監(jiān) Vivek Mohan 曾表示，目前全球大量的垂直行業(yè)中已形成 300 多個應用場景。
多維度下的 LoRa
從需求角度上看：國內的 LoRa 芯片需求呈現(xiàn)分散化的狀態(tài)。一方面，由于參與 LoRa 產業(yè)生態(tài)的行業(yè)較多，很難形成壟斷性的需求方；另一方面，相應模組、終端的進入門檻不高，很多中小型團隊和終端廠商也可以快速推出 LoRa 硬件產品，這是一個充分競爭性的市場。
從技術生態(tài)上看：LoRa 是一種物理層的調制技術，可將其用于不同的協(xié)議中，比如 LoRaWAN 協(xié)議、CLAA 網(wǎng)絡協(xié)議、LoRa 私有網(wǎng)絡協(xié)議、LoRa 數(shù)據(jù)透傳。隨著使用協(xié)議的不同，最終的產品和業(yè)務形態(tài)也會有所不同。其中，LoRaWAN 協(xié)議是由 LoRa 聯(lián)盟推動的一種低功耗廣域網(wǎng)協(xié)議，同時 LoRa 聯(lián)盟將 LoRaWAN 進行了標準化，以確保不同國家的 LoRa 網(wǎng)絡是可以互操作的。截至目前，LoRaWAN 標準已建立起“LoRa 芯片 - 模組 - 傳感器 - 基站或網(wǎng)關 - 網(wǎng)絡服務 - 應用服務”的完整生態(tài)鏈。
從數(shù)據(jù)結果上看：Semtech 提供的數(shù)據(jù)表明，在網(wǎng)絡部署方面，70 多個國家，100 多家網(wǎng)絡運營商部署了 LoRa 網(wǎng)絡，并且最近幾年 LoRa 的市場體量一直保持著高速增長。同時，其部署的 LoRa 基站，則從 7 萬臺增加到 20 多萬臺，能支持約 12 億個節(jié)點，實際部署的節(jié)點超過 9000 萬個。
從規(guī)模程度上看：美國 Semtech 公司是全球 LoRa 技術應用的主要推動者，Semtech 為促進其他公司共同參與到 LoRa 生態(tài)中，于 2015 年 2 月聯(lián)合 Actility、Cisco 和 IBM 等多家廠商共同發(fā)起創(chuàng)立 LoRa 聯(lián)盟。經過四年的時間發(fā)展，目前 LoRa 聯(lián)盟在全球擁有超過 500 個會員。
中國市場是 LoRa 全球生態(tài)建設中非常重要的部分。2018 年，阿里巴巴、騰訊、京東等互聯(lián)網(wǎng)巨頭均以最高級別會員身份加入 LoRa 聯(lián)盟，同時，克拉科技、地方廣電、浙江聯(lián)通、聯(lián)通物聯(lián)網(wǎng)公司等 LoRa 生態(tài)伙伴也開始在各地積極部署 LoRa 網(wǎng)絡。
從政策導向上看：盡管工信部發(fā)布了《微功率短距離無線電發(fā)射設備技術要求（征求意見稿）》，一時之間使得 LoRa 的商用前景變得不夠明朗。但是并沒有讓 LoRa 銷聲匿跡，在業(yè)界生態(tài)伙伴的大力支持下，反而生命力愈加頑強，產業(yè)生態(tài)不斷壯大。
結語
LoRa 技術是 Semtech 公司的專利，其 LoRa 芯片產品期初也是獨家供應，但單一的 LoRa 產品必然會帶來產品價格、功能等方面的局限性。
2018 年 Semtech 開始改變傳統(tǒng)的產品營銷模式，授權 IP 給一些公司做 LoRa 產品，形成了多供應商的市場供應局面，LoRa 芯片供應廠家通過走差異化路線，融合不同功能的芯片，滿足更多差異化應用的需求，如 LoRa＋GPS 獲取位置信息，LoRa＋BLE 與本地近場設備連接通信，LoRa＋安全芯片增強設備的安全性等，來共同做大市場。
未來，或許會有更多的 LoRa 芯片供應商，市場做大也符合 Semtech 公司的利益。
綜上所述，可以看到，不論從技術、供應鏈體系、產業(yè)結構還是生態(tài)建設，LoRa 依然是一個市場化行為為主導的技術選項，大國之間政治經濟博弈對于 LoRa 供求各方產生的影響很小。采用 LoRa 通信的物聯(lián)網(wǎng)項目中包含非常多的技術和元素，很多價值遠遠超過通信本身，未來發(fā)展中，業(yè)界應該更多聚焦于應用價值的創(chuàng)造，聚焦于市場化行為和商業(yè)模式，以求在物聯(lián)網(wǎng)時代贏得先機。
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文章參考
物聯(lián)網(wǎng)智庫《超 9000 萬 LoRa 節(jié)點，全球物聯(lián)網(wǎng)的事實標準已形成？》
