LoRaWAN——最常见的应用及案例

　　物联网(IoT)描述了世界各地连接到互联网并测量、监控和提供丰富数据的数百万台设备的网络。今天的物联网由许多松散连接的网络组成，每个网络都解决了自己的问题。例如，在办公楼中，可以同时部署多个基于LoRaWAN的IoT解决方案：一个用于控制空调，另一个用于供暖系统、照明、安全和其他IoT应用程序。

　　这些物联网网络可以根据不同的标准运行，将它们组合成一个网络并非易事。低功耗广域网(LPWAN)技术能够支持大量物联网用例。虽然存在多种LPWAN技术，但远程（LoRa技术）及其网络架构LoRaWAN是目前采用最多的技术。LoRa提供了一系列物理层通信设置，例如带宽、扩频因子、编码率和传输频率。这些设置会影响吞吐量、可靠性和通信范围。

LoRa和LoRaWAN®网络有什么区别？

　　LPWAN（低功耗广域网）是一种无线广域网技术，可在远距离内以低比特率互连低带宽、电池供电的物联网设备。构建LPWAN网络有多种选择，但LoRaWAN和NB-IoT技术显示出最大的动力，并将在未来几年获得最大的LPWA市场份额。

　　LoRaWAN定义了网络的通信协议和系统架构，而LoRa物理层则支持远程通信链路。协议和网络架构对电池寿命、网络容量、服务质量、安全性以及网络服务的应用程序的多样性影响最大。

　　LoRa是一种无线电信号传输协议，它采用啁啾的多符号格式来传输数据。本质上，这些芯片是传统的ISM频段无线电芯片，可以使用LoRa（或其他调制类型，如FSK）将无线电频率转换为比特，而无需编写代码。在广域通信之外，LoRa技术是一种在各种应用中采用的较低级别的物理层技术。

　　LoRaWAN协议基于LoRa无线电调制方式，是一种低功耗广域网协议。它管理终端节点物联网设备和网络网关之间的通信，并通过无线连接将设备连接到互联网。LoRaWAN是一种点对多点网络协议。这不仅仅是关于无线电波；这是关于它们如何与LoRaWAN网关交互以提供加密和识别等功能。

LoRaWAN是如何工作的？

　　在最基本的层面上，像LoRaWAN这样的无线电技术很简单。LoRaWAN网络的最佳比喻是蜂窝网络。基于LoRa的设备有一个与网关连接的模块，网关是本地中心位置。考虑一下您的手机如何通过手机信号塔发送和接收数据。网关充当设备和服务器之间的管道。网络服务器使用互联网与网关进行通信，并指示它与物联网设备进行交互。换句话说，网络服务器负责删除重复的数据包，确认数据的完整性，并执行安全检查。此外，星型架构中的节点不需要一直监听来自其他节点的消息。因此，他们可能大部分时间都在“睡觉”，从而降低了他们的能源使用量。

LoRaWAN网络的优势

　　以下是这个新时代开发物联网技术的一些优势，具有多种优势：

　　远距离和覆盖范围：它的距离在LOS内可达15公里，是任何其他通信协议无法比拟的。

　　低功耗：LoRa技术提供超低功耗无线电，非常适合需要一次充电使用十年或更长时间的设备。

　　低成本硬件：与其他网络相比，LoRaWAN基础设施的成本非常低，终端设备的无线电成本也很低。此外，正在创建各种开源版本的基础设施，例如网关，进一步降低了开支。

　　高容量：单个LoRa网关可能连接数千个端点物联网设备。

LoRaWAN类别

A类

　　A类是一个简单的ALOHA系统，因为它完全是异步的；这意味着终端节点不必等待特定时间与网关通信。相反，他们会在需要时进行广播，然后在下次需要时停止活动。如果你有一个八通道系统，你可以用一条消息填充每个时间段，这样它就可以完美同步。

B类

　　消息可以使用B类向下传输到电池供电的节点。每128秒，网关发送一个信标。因为所有LoRaWAN基站都是单个每秒脉冲时钟的从属，它们都同时发出信标消息(1PPS)；这意味着在每一秒的开始。轨道上的每颗GPS卫星都会传递一条信息，让世界各地的时间同步。

C类

　　C类允许节点在任何时候连续监听和发送下行消息。因为它需要大量的能量来保持节点完全清醒并始终操作接收器，所以这通常用于交流供电的应用。

LoRaWAN最常见的应用是什么？

　　LoRaWAN网络兼容广泛的物联网应用，并已成功用于以下用例：

智慧城市

　　智慧城市需要实时了解城市生活的各个方面。为了实现这一目标，智慧城市通常利用广域无线网络来实现由不同的数据生成物联网设备、传感器和智能仪表组成的庞大网络之间的连接。LoRaWAN无线技术是智慧城市范围内应用的最佳物联网解决方案。使用物联网技术和各种智能设备对综合实时数据进行可视化和分析，城市可以通过优化资产利用率和城市资源分配来动态响应。城市可以将物联网集成到他们的基础设施中，以自动化任务、监控和管理设备，并执行预测性维护以降低运营成本。世界各地的城市都可以通过整合城市服务来优化公用事业和员工的使用，例如：

　　街道照明

　　智能停车

　　废物管理

　　水位和洪水管理

　　智能公共交通

　　空气质量控制

　　街道清洁

　　物流/运输管理

　　得益于基于LoRaWAN的物联网解决方案，供应链和物流公司成功地追踪了高价值资产，包括运输途中的资产。由于该技术具有出色的覆盖范围、低功耗和无GPS定位，因此可以在广阔的地理区域和恶劣的环境中方便地跟踪车辆、货物和其他支持。使用LoRaWAN连接的车队监控物联网解决方案可以通过允许车队在路上停留更长时间、提高燃油经济性、提高安全性、提供对维护问题的可见性以及提高整体运营效率来节省资金。

智能建筑

　　在基础设施和维护支出最少的情况下，房主和物业/设施经理可以通过部署基于LoRa的智能物联网建筑解决方案来提高效率并最大限度地减少支出：

　　温湿度监测

　　房间入住率

　　运动检测

　　智能水表

　　火灾、洪水、CO/CO2水平监测

智慧医疗

　　低功耗、低成本和一致的性能使LoRaWAN网络成为基本智能医疗保健应用的理想选择。基于LoRaWAN的物联网解决方案可以持续监控高风险患者或系统，确保健康和医疗安全永远不会受到影响。

　　基于LoRaWAN的物联网解决方案可设计用于持续可靠地监控医院患者、老年护理人员、高水平运动员或其他任何需要实时、始终了解其呼吸健康状况的人的最重要生命体征。IoT LoRaWAN智能健康解决方案可以帮助：

　　医院病人

　　老年人护理居民

　　高水平运动员

　　公共安全

　　对全方位安全和安保解决方案的需求正在增加。基于物联网网络的公共安全解决方案为急救人员提供了尖端技术，可以减少危险并提高个人安全。个人可穿戴物联网小工具（例如ID徽章）配备了LoRaWAN技术，包括一个紧急按钮，可发送带有用户位置信息的即时SOS。

空间利用

　　企业员工的流动性越来越强，并迅速采用了“随时随地”的工作理念。由于员工和客人的流动不可预测，办公空间可能会长期闲置或超额预订。对于公司而言，正确使用和安排可用空间已成为后勤方面的难题。

智能环境

　　通过在一个区域内部署配备LoRaWAN网络的设备和网关网络，可以实时记录和发布环境指标以进行数据分析。他们在成为灾难之前发现问题。基于LoRaWAN的环境物联网解决方案有助于保护人们免受环境威胁，从空气质量监测到辐射泄漏检测。

智慧农业

　　将基于LoRaWAN的物联网解决方案用于智能农业实践的概念正在流行起来，因为农民现在可以轻松地对其作物、牲畜、设备、基础设施、环境以及他们需要持续监控的所有其他组件进行可视化、分析和做出更明智的决策并管理以提高产量和提高效率。物联网农业传感器尺寸紧凑，可以确定许多参数，从而了解环境方面。可以部署物联网传感器来收集有关阳光照射的数据，这些数据可用于做出更好的作物种植决策，并帮助确定太阳能整合是否是农场的可行选择。

LoRaWAN网络架构

　　LoRaWAN网络中的终端设备不是让每个终端设备几乎始终处于开启状态，而是直接与网关交互，并且仅在需要与网关通信时才“开启”，因为内容不是问题。LoRa无线电具有一些特性，使其能够获得足够的远程功率和低成本。其中一些特征包括：

调制技术

　　LoRa无线电采用频谱调制技术来显着增加通信范围，同时保持与FSK调制物理层无线电相媲美的低功率特性。虽然在军事和空间通信中广泛使用了相当长一段时间，但LoRa是该方法的第一个低成本商业实施。

频率

　　虽然LoRa技术与频率无关，但LoRa无线电通过未经许可的sub-GHz无线电频段进行通信，这些频段在全球范围内可广泛使用。这些频率因地区而异，在许多情况下，因国家而异。

自适应数据速率

　　LoRa采用可变带宽和扩频因子(SF7-SF12)的组合来改变数据速率，这是与传输范围的权衡。更高的扩频因子以更低的数据速率提供更大的覆盖范围，反之亦然。带宽和扩频因子组合是根据网络条件和发送的数据量来设置的。

自适应功率电平

　　LoRa无线电具有可适应的功率水平。数据速率和网络质量等因素会影响LoRa无线电等。当需要快速传输时，传输功率会增加，反之亦然。因此，电池寿命延长并保留了网络容量。包括设备等级在内的各种因素都会影响功耗。

LoRa联盟对LoRaWAN的支持

　　未来，我们的全球、国家和区域网络必须支持全球数十亿甚至数万亿的智能物联网设备。基于LoRaWAN的物联网解决方案和LoRaWAN技术将在为未来应用提供创新、低成本和高效的网络方面发挥非常重要的作用。有一个Lora联盟协会联合全球400多家公司为未来的需求贡献、改进和实施智能LoRaWAN网络。

　　LoRa联盟是一个开放的、非营利的成员协会，它相信物联网时代已经到来。LoRa联盟由行业领导者发起，其使命是标准化在世界各地部署的低功耗广域网(LPWAN)，以实现物联网(IoT)、机器对机器(M2M)和智慧城市以及工业应用程序。