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基于Lora通信技术实现智慧城市应用构建生态化物联网

摘要：近年来出现了一个面向远距离、低功耗设备无线技术，LongRange(简称LoRa）。它是一个远距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本双向无线通信技术，主要适适用于自动控制、数据采集和物联网等领域，同时意在构建生态物联网一个技术。本文对LoRa基本原理和理论依据进行分析，指出了LoRa技术优势和特点，分析了LoRa所采取调制模式和无线传输保障机制，以LoRa技术指导下智能建筑能耗管理系统设计为例，进而阐述LoRa通信系统在物联网中应用以及对于构建生态物联网作用。

关键词：LoRa优势和特点智能建筑物联网应用

引言：低功耗广域网技术（LPWAN，LowPowerWideAreaNetwork）技术是一个革命性物联网无线接入新技术,与Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等现有成熟商用无线技术相比，具备远距离、低功耗、低成本、覆盖容量大等优点，适合于在长距离发送小数据量且使用电池供电方式物联网终端设备。LPWAN作为一个新兴、刚起步技术，其市场普遍被看好，各厂商争先研究LPWAN，参加标准制订，设商用试点，市场展现百家争鸣、蓬勃发展态势。LoRa作为非授权频谱一个LPWAN无线技术，相比于其余无线技术（如Sigfox、NWave等），其产业链更为成熟、商业化应用较早。LoRa技术经过Semtech、美国思科、IBM、荷兰KPN电信和韩国SK电信等组成LoRa?Alliance国际组织进行全球推广后，现在已成为新物联网应用和智慧城市发展主要基础支撑技术。

1、LoRa技术技术特点和优势

现在LoRa技术特点和优势主要有以下几个方面：

1.1新型扩频技术大大改进接收灵敏度高达157db链路预算，使其通信距离可达15公里（与环境有关）。其接收电流仅10mA,睡眠电流小于200nA，这大大延迟了电池使用寿命。?

表1?LORA技术适适用于物联网应用布署关键特征

关键特征

优势

157dB链路预算

远距离

距离大于15千米

最小基础设施成本

易于建设和布署

使用网关/集中器扩展系统容量

电池寿命大于

延长电池寿命

接收电流-10mA,休眠电流小于200nA

免牌照频段

低成本

基础设施成本低

节点/终端成本低

1.2网关/集中器支持多信道多数据速率并行处理，系统容量大

?网关是节点与IP网络之间桥梁（经过2G/3G/4G或者Ethernet）。每个网关天天能够处理500万次各节点之间通信（假设每次发送10Bytes,网络占用率10%）。如果把网关安装在现有移动通信基站位置，发射功率20dBm（100mW），那么在搞建筑密集城市环境能够覆盖2公里左右，而在密度较低郊区，覆盖范围可达10公里。该网关/集中器还包含MAC层协议，对于高层它是透明。

1.3基于终端和集中器/网关系统能够支持测距和定位

?LoRa对距离测量是基于信号空中传输时间而非传统RSSI（Received?Signal?Sterngth?Indication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）空中传输时间差测量。其定位精度可达5m（假设10km范围）。

2、LoRa在无线技术中位置

依照LoRa技术关键特点可知，LoRa非常适适用于要求具备功耗低、距离远、容量大以及可定位跟踪等特点物联网应用，如智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧小区等应用和领域。

表3所表示为LoRa网络适用应用案例：

场景

应用案例

智能产业

资产跟踪、资产过程自动化、自动化、环境监测、工业照明、商业安全、基础设施监测、水管里和其余各种应用等

智能公共设施施

水、电、煤气智能化管理（最主要是智能计量）

智能城市

与市政资源和服务管理相关应用，如街道照明、垃圾管理、停车管理环境监测、交通监测、应急管理和公共交通管理等

智能建筑

暖通空调（采暖、通风、空调）、能源管理、安全、照明和房间自动化等应用

现在，LoRa网络已经在全球多地进行试点或布署。据必威体育精装版公布相关数据显示，全球有十六个国家正在布署LoRa网络，56个国家开始进行试点，如美国、法国、德国、澳大利亚、印度等。荷兰KPN电信、韩国SK电信在上六个月布署了覆盖全国LoRa网络，提供基于LoRa物联网服务。相对于LoRa技术在国外发展如火如荼，国内LoRa应用略显冷淡。现在可看到公开应用是国内AUGTEK企业在京杭大运河开展LoRa网络（智慧航道）建设，据悉现在已经完成江苏段全线覆盖。其实国内从事LoRa模块和方案开发厂商并不少，除AUGTEK之外，还有洲斯物联、思创汇连、普天通达、NPLink、门思科技、利尔达、唯传科技、三凡信息、成都博高等众多企业。伴随国内广域物联网喷发式发展和CLAA组织对LoRa应用主动推