摘要：

　　經(jīng)過(guò)一年的快速發(fā)展,，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中從業(yè)者對(duì)于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）并不陌生。作為商用化較早的LPWAN技術(shù),，LoRa已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用,，本文由全國(guó)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)單位八月科技（AUGTEK）根據(jù)其在LoRa商用推廣中所遇到的各類問(wèn)題匯編而成,。

　　初識(shí)LoRa：低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)代表性技術(shù)

　　LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)中的一種，是Semtech公司采用和推廣的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù),，是Semtech 射頻部分產(chǎn)生的一種獨(dú)特的調(diào)制格式,。LoRa射頻部分的核心芯片是SX1276和SX1278。這類芯片集成規(guī)模小,、效率高，為L(zhǎng)oRa無(wú)線模塊帶來(lái)高接收靈敏度,。而網(wǎng)關(guān)芯片則采用的是集成度更高,、信道數(shù)更多的SX1301。用SX1301作為核心開(kāi)發(fā)出的LoRa網(wǎng)關(guān),，可以與許許多多的LoRa模塊構(gòu)成多節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)自組網(wǎng),。

　　從技術(shù)形態(tài)來(lái)看，LoRa是一種擴(kuò)頻技術(shù),，但它不是直接序列擴(kuò)頻,。直接序列擴(kuò)頻通過(guò)調(diào)制載波芯片來(lái)傳輸更多的頻譜，從而提高編碼增益,。而LoRa調(diào)制與多狀態(tài)FSK調(diào)制類似,，使用未調(diào)制載波來(lái)進(jìn)行線性調(diào)頻，使能量分散到更廣泛的頻段,。

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看,，LoRa調(diào)制技術(shù)本身是一個(gè)物理層（PHYlayer）協(xié)議，能被用在幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中,。Mesh網(wǎng)絡(luò)雖然擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍,，但是卻犧牲了網(wǎng)絡(luò)容量、同步開(kāi)銷,、電池使用壽命,。隨著LoRa技術(shù)鏈路預(yù)算和覆蓋距離的同時(shí)提升,，Mesh網(wǎng)絡(luò)已不再適合，故采用星形的組網(wǎng)方式來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),、延長(zhǎng)電池壽命,、簡(jiǎn)化安裝。LoRa網(wǎng)關(guān)和模塊間以星形網(wǎng)方式組網(wǎng),，而LoRa模塊間理論上可以以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢的方式組網(wǎng),，當(dāng)然點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輪詢效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于星形網(wǎng)。

　　LoRa網(wǎng)關(guān)：終端與服務(wù)器的橋梁

　　LoRa網(wǎng)關(guān)位處LoRa星形網(wǎng)絡(luò)的核心位置,，是終端和服務(wù)器（Server）間的信息橋梁,，是多信道的收發(fā)機(jī)。LoRa網(wǎng)關(guān)有時(shí)又被稱為L(zhǎng)oRa基站或LoRa集中器,，雖然定義不同,，但其實(shí)是同一含義。

　　LoRa網(wǎng)關(guān)使用不同的擴(kuò)頻因子,，不同的擴(kuò)頻因子兩兩正交因而理論上可以在同一信道中對(duì)多條不同擴(kuò)頻因子的信號(hào)進(jìn)行解調(diào),。網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)IP進(jìn)行連接，終端通過(guò)單跳與一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊,，所有的終端通訊都是雙向通訊,，同時(shí)也支持軟件遠(yuǎn)程升級(jí)等。以下幾個(gè)網(wǎng)關(guān)的幾個(gè)重要的特點(diǎn)：

　?。?）網(wǎng)關(guān)的分類：目前來(lái)說(shuō),，定義不同，網(wǎng)關(guān)類型也不同,。例如,，按照應(yīng)用場(chǎng)景不同可分為為室內(nèi)型網(wǎng)關(guān)和室外型網(wǎng)關(guān)；按照通訊方式不同可分為全雙工網(wǎng)關(guān)和半雙工網(wǎng)關(guān),；而按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同可分為完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關(guān)和不完全符合LoRaWAN協(xié)議網(wǎng)關(guān),。AUGTEK新一代網(wǎng)關(guān)為室外型，全雙工,，并且完全符合LoRaWAN協(xié)議,。完全符合LoRaWAN協(xié)議的LoRa網(wǎng)關(guān)及LoRa終端能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，這具有很大意義,！

　?。?）網(wǎng)關(guān)的容量：網(wǎng)關(guān)容量是指在一定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)包數(shù)量的能力。理論上來(lái)說(shuō),，單個(gè)SX1301芯片擁有8個(gè)信道,，在完全符合LoRaWAN協(xié)議的情況下最多每天能接收1500萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)包。如果某應(yīng)用發(fā)包頻率為1包/小時(shí)，單個(gè)SX1301芯片構(gòu)成的網(wǎng)關(guān)能接入62500個(gè)終端節(jié)點(diǎn),。當(dāng)然,，這只是一個(gè)理論值，網(wǎng)關(guān)接入終端數(shù)量最終還是與網(wǎng)關(guān)信道數(shù)量,、終端發(fā)包頻率,、發(fā)包字節(jié)數(shù)和擴(kuò)頻因子息息相關(guān)。

　?。?）網(wǎng)關(guān)接入點(diǎn)決定因素：LoRa網(wǎng)關(guān)接入的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于LoRa網(wǎng)關(guān)所能提供的信道資源以及單個(gè)LoRa終端占用的信道資源,。LoRa網(wǎng)關(guān)如果采用Semtech標(biāo)準(zhǔn)參考設(shè)計(jì)，網(wǎng)關(guān)采用SX1301芯片,，那么信道數(shù)是固定的8個(gè)上行信道1個(gè)下行信道,。物理信道數(shù)確定了， LoRa網(wǎng)關(guān)所能提供的信道資源也就確定了,。（網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)不同,，信道數(shù)不同，AUGTEK網(wǎng)關(guān)能實(shí)現(xiàn)8個(gè)上行,，4個(gè)下行,。）單個(gè)LoRa終端占用的信道資源與終端占用信道的時(shí)間一致，也就與終端的發(fā)包頻率,、發(fā)包字節(jié)數(shù)以及LoRa終端的擴(kuò)頻因子息息相關(guān),。當(dāng)LoRa終端的發(fā)包頻率和發(fā)包字節(jié)數(shù)上升，該終端占據(jù)信道收發(fā)的時(shí)間就會(huì)增加,，就占用了更多的信道資源,。而當(dāng)LoRa終端采用更大的擴(kuò)頻因子時(shí)，信號(hào)可以傳的更遠(yuǎn),，但是代價(jià)是傳遞單位字節(jié)的信息會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間。

　　除了網(wǎng)關(guān)外,，我們也需要關(guān)注LoRa終端：LoRa終端是LoRa網(wǎng)絡(luò)的組成部分,，一般由LoRa模塊和傳感器等器件組成。LoRa終端可使用電池供電,，能夠遠(yuǎn)程定位,。每一個(gè)符合LoRaWAN協(xié)議的終端都能與符合LoRaWAN的網(wǎng)關(guān)直接通訊，從而實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,。

　　LoRa的頻段選擇

　　按理論來(lái)說(shuō),，可以使用150 MHz 到 1 GHz頻段中的任何頻率。但是Semtech的LoRa芯片并不是所有的sub-GHz的頻段都可以使用,，在常用頻段（如433MHz,，470MHz~510MHz，780MHz以及歐美常用的868MHz和915MHz都屬于常用頻段）以外的一些頻率并不能很好的支持。AUGTEK主導(dǎo)LoRaWAN 470~510MHz協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的制定,，目前在中國(guó)提供470-510MHz頻段網(wǎng)關(guān),。

　　會(huì)有人質(zhì)疑，LoRa網(wǎng)關(guān)使用免費(fèi)頻段,，會(huì)不會(huì)容易受到頻率干擾,？

　　抗干擾能力取決于LoRa技術(shù)本身的特性和網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)。LoRa技術(shù)本身?yè)碛谐叩慕邮侦`敏度（RSSI）和超強(qiáng)信噪比（SNR）,。以AUGTEK的LoRa網(wǎng)關(guān)與LoRa模塊為例,，其接收靈敏度達(dá)到驚人的-142dBm，而超強(qiáng)的信噪比可以讓AUGTEK網(wǎng)關(guān)和終端工作在噪聲門限以下20dB,。此外,，AUGTEK網(wǎng)關(guān)使用跳頻技術(shù)，通過(guò)偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行頻移鍵控,，使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜,，防止定頻干擾。

　　LoRa的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

　　LoRaWAN協(xié)議定義了一系列的數(shù)據(jù)傳輸速率,，不同的芯片可供選擇的速率范圍不同,，例如SX1272支持0.3-38.4kbps，SX1276支持0.018-38.4kbps的速率范圍,。目前AUGTEK能實(shí)現(xiàn)0.3-37.5kbps的傳輸速率,。

　　使用LoRa設(shè)備發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有限制，理論來(lái)說(shuō)SX127x系列芯片有256 Bytes的FIFO,，發(fā)射或接收256 Bytes都行得通,。但是，并不是在任何傳輸速率下LoRa模塊的負(fù)載長(zhǎng)度都能為256 Bytes,。在傳輸速率較低的情況下,，一次傳輸256 Bytes需要花費(fèi)的時(shí)間極長(zhǎng)（可能需要花費(fèi)幾秒甚至更長(zhǎng)），這不利于抗干擾和交互,，因此在技術(shù)處理上一般建議用戶將一條長(zhǎng)數(shù)據(jù)分割成數(shù)條小數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行傳輸,。