LoRa和LoRaWAN:技术,生态系统,用例和市场

2020-09-01 12:33:52 loraercn 37
无线SCADA技术

LoRa和LoRaWAN无线物联网(IoT)广域网(WAN)协议–它们是什么?它们适合于哪些IoT用例和应用程序?它们如何工作?它们在IoT连接和通信中适合什么位置?

物联网项目,解决方案和部署所需要的不仅仅是连接的物理对象及其“感知”和捕获的数据。物联网设备,消费者物联网,企业物联网和工业物联网(IIoT)中的物联网设备中的物理“物”和传感器/技术,资产和物也需要技术来传达其内部状态和/或外部环境。

最重要的是,从设备级别传递到下一个级别的数据和分析数据需要在大型物联网解决方案的所有后续阶段中,通过通信网络进行发送。

LoRa (远程)是一种非蜂窝远程低功耗无线技术。基本的射频调制技术是由法国Cycleo开发的,该技术于2012年被美国的Semtech收购。该技术被并入Semtech的未来RF平台中,以扩大工业和家庭自动化RF应用的潜在市场,需要扩大应用范围。更低的成本和更低的功耗

这些通信需求上发挥各级:物联网设备之间,之间,并在物联网网关物联网平台和/或数据库,边缘计算计算节点,其他云应用,业务平台,工业系统; 列表是无止境的,取决于IoT应用程序的类型(用例)情况

物联网网络协议和技术有很多种。再次取决于许多因素,他们可以使用固定线路网络(例如以太网),蜂窝网络(例如GSM),近距离无线技术(例如NFC,RFID以及蓝牙或ZigBee),卫星等。他们可能会关注很短距离和很远范围内的通信。他们可能需要不同的数据速度,带宽和基础网络技术。

IoT连接中增长最快的类别,也在工业4.0部署中涉及无线IoT连接在这里,我们满足了LoRa和LoRaWAN的要求,更具体地说,是在无线广域网技术类别中,该技术需要覆盖远距离但需要很少的功率和低带宽,通常称为LPWA网络或LPWAN (低功率,广域网)网络)因此,LPWAN和LoRa(WAN)作为LPWA技术的主要非蜂窝形式之一,非常适合在智慧城市,智慧农业,环境监测以及更多领域(包括工业应用)中使用。

LoRa和LoRaWAN的概述–它们是什么,它们提供了什么,它们如何工作以及为什么/如何使用它们。

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简而言之,LoRa和LoRaWAN

LoRa是LPWA网络技术类别中的无线LAN网络的无线电调制技术。LoRaWAN是使用LoRa 的网络(协议)

LoRa和LoraWAN属于非蜂窝LPWAN无线通信网络协议和播放器的类别,它们在未许可的频谱中运行,而Sigfox,Ingenu 等其他设备也在运行。

LoRa是Semtech旗下的专有无线射频技术,也是LoRa联盟背后的推动力之一,在LoRa联盟中,开放的LoRaWAN协议和生态系统得到了开发并一直处于开发之中。自2015年成立以来,LoRa联盟已有数百名成员。

获得专利的LoRa无线射频技术代表物理层协议,而LoRa联盟开发的LoRaWAN代表媒体访问控制层协议,该协议利用并包括Semtech的物理LoRa调制。超过70个网络运营商提供了使用LoRaWAN协议的LoRaWAN网络,并且在100多个国家/地区(包括私有国家)部署了LoRaWAN IoT

LoRa和LoRAWAN以及Sigfox实际上已经成为主要的非蜂窝LPWA生态系统和解决方案。由于没有针对物联网项目类型的蜂窝式LPWA选项(例如LTE-M),并且对于LPWAN来说是典型的用例,而现有的蜂窝标准太昂贵了,并不真正适合那些特定的物联网用例,因此,LoRa联盟,Sigfox与其他一些标准相比,其他标准的历史更长。

他们还拥有强大的硬件供应商,开发人员,合作伙伴和IoT平台生态系统(除了IoT设备管理,数据管理,安全性,应用程序启用等,它们还处理连接层,尤其是在网络连接提供者平台中,系统集成商,物联网技术/解决方案供应商和电信提供商,仅举几例。

在批准并使用3GPP蜂窝LPWA标准之后,非蜂窝生态系统之间不仅存在竞争(主要是LoRa联盟和SigFox处于激烈竞争,尽管由于采用完全不同的方法,它们通常不会真正相互称呼竞争对手)以及蜂窝和非蜂窝参与者之间。蜂窝标准包括LTE-M和NB-IoT在实践中,Sigfox和蜂窝之间的竞争要比LoRa和蜂窝之间的竞争要激烈:正如我们将看到的,许多运营商同时提供LTE-M和LoRaWAN,因为他们认为这是互补的。

LoRa和LoRaWAN在上下文中

当我们第一次编写此概述时,蜂窝LPWA标准还不是标准,LoRa和LoRaWAN的定位主要是与用于短距离通信的局域网和传统M2M中的蜂窝网络进行比较,如下图所示(不是,那岁,2015年)同时,这已经改变(并且到图像的链接消失了)不变的是LoRa和LoRaWan仍处于广域和低功耗领域。

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根据LoRa联盟的说法,LPWAN(以及LoRa和LoRaWAN)在IoT无线连接生态系统中的位置在2015年就已出现(来源不再可用)

LoRA,LoRaWAN和其他非蜂窝协议的工作频率低于蜂窝网络。这也称为非许可频谱。这就是为什么我们经常提到许可的和未许可的LPWA生态系统的原因。

我们坚信LoRaWAN技术是目前以下应用程序的最佳解决方案:1)非关键且具有延迟容忍能力; 2)主要面向上行链路; 3)产生低流量(工作周期限制); 4)电池供电- 5)需要低成本传感器(橙色IoT和LPWA连接白皮书,请参见SlideShare)

LoRa和LoRaWAN之间的区别在于,LoRa是在LPWA网络中使用的Chird扩频无线电调制技术,其中LoRaWAN是最著名的,但不是唯一的。CSS的Chird扩展频谱使用宽带线性调频线性调频脉冲为需要技术细节的人们编码信息-LoRa的调制技术是由法国Semtech公司收购而开发的(下文有更多介绍)

如果您知道旧的OSI协议栈有七层,那就好:LoRa位于数据链路层(链路层协议)上,而LoRa联盟开发的LoRaWAN也包括网络层。

许多最初主要是欧洲的电信公司都使用LoRa和LoRaWAN,而诸如KPN,Orange和Proximus等运营商则是其中的先行者。

听起来奇怪的是,移动运营商及其蜂窝网络还致力于确保LoRaWAN网络覆盖多个国家。但是,事实并非如此。它部分地与市场状况和所提到的历史原因有关,但这也是实用主义的问题。客户希望获得用于LPWAN用例的最佳选择,现有的蜂窝M2M解决方案并不是真正的一部分,因此等待毫无意义。这也导致了一种奇怪的情况,即在某些国家/地区,运营商支持LoRaWAN,而在另一些国家则不能,或者不这样做,因为另一个竞争的运营商首先加入了。

LoRa和LoRaWAN作为快速增长的LPWAN生态系统的一部分

甚至在批准三个蜂窝LPWA标准之前,已经测试并部署了几个利用LoRA和LoRaWAN (及其竞争对手)的物联网项目而且,包括大型公司在内的一些公司继续通过LoRaWAN等部署更多的物联网用例。

在所有这一切中,重要的是要知道,自几年以来,LPWA市场才开始引起分析师和大公司的更多关注。这件事情是由很多原因导致的。一些:

  • 如果添加蜂窝LPWA,则LPWAN的采用增长最快,工业IoT无线连接也是如此

  • 有关于LPWAN很多议论(而且一直)用在细胞水平上,现在最时髦,即使一些蜂窝标准,如NB-物联网是不是真的用在规模尚和旅程5G物联网,其中蜂窝尽管有很多嗡嗡声,但LPWA标准也很合适,但仍然是一个漫长的标准(某些地区性例外,例如美国和亚洲部分地区)

  • 运营商正在做出选择,因为逐渐出现了2G网络日落,但仅从2017年初开始,并且在更长的将来肯定会远离任何地方。在一些国家中,首先关闭3G网络的可能性更高。

  • LPWA市场,尽管如果您了解非蜂窝领域并不是一个新的领域,但事实上它确实还很年轻,并且仍然非常多样化和不断发展。即使它只是整个物联网连接市场的一小部分,但它仍在快速增长。

同时,许多运营商显然为蜂窝和非蜂窝的持续混合做出了选择。例如,Orange将LoRAWAN和LTE-M视为完美的结合,并且不是唯一将两者结合的市场(在可能的市场中)这就是前面提到的LTE-M和LoRaWAN是互补而不是竞争对手的观点所在。LoRa联盟也将LoRa和蜂窝LPWA(尤其是LTE-M)视为互补,并且有更多运营商同时提供LoRa(WAN)和LTE -M

注意:Orange并没有到处提供LoRaWAN,因为最终市场形势仍然如此。例如,在比利时,Orange的本地竞争对手Proximus显然是LoRaWAN的领导者,Orange Belgium完全采用了NB-IoT和LTE-M,换句话说就是LPWA (几乎没有选择)。这确实是上述实用主义方法的一个例子,其中有些国家中有些人首先介入。

简而言之,在这里可以看到LoRa和LoRaWAN。现在,有关技术,用例和推出级别的更多细节。

LoRa和LoRaWAN:从欧洲领先的LPWAN支持者到全球范围内不断增长的业务

自2016年以来,LoRaWAN和LoRa已在多个欧洲国家/地区广泛使用(在全国范围内,用于特定应用和试点项目和/或超越本地部署)

LoRa技术和LoRaWAN在欧洲都有同样的背景。在其他地区(从亚太地区到非洲和美国), LoRa在过去几年中已得到越来越多的使用,并且范围不断扩大。

2016年6月30日,荷兰成为世界上第一个拥有面向物联网应用的全国性LoRa网络的国家(与运营商KPN合作)

LoRaWan标准:远程,低功耗,低带宽

如简介中所述,LoRa和LoRaWAN是LPWAN技术,适用于远程,低功耗和低带宽的IoT应用(就像Sigfox和Ingenu一样)

关于背景,用法和首次标准化的几句话。LoRa背后的无线电波调制技术由法国Cycleo公司的工程师开发,该公司成立于2009年,并于2012年被模拟和混合信号半导体供应商Semtech收购,以“补充”后者的远程低功率射频技术组合。

该技术已被并入未来的Semtech Rradio频率平台,并获得了已知的结果。获得专利的LoRa无线射频技术代表物理层协议(在上述OSI模型中),而LoRaWAN由LoRa联盟正式开发(但实际上我们是由少数公司开发,正如我们将看到的那样;但是现在该联盟是在此基础上,它还是由主要利益相关者创立的)代表媒体访问控制(MAC)层协议,它利用并包括Semtech的物理LoRa调制。超过70个网络运营商提供了使用LoRaWAN协议的LoRaWAN网络,并且在100多个国家/地区有LoRaWAN IoT部署,但其中还包括私有LoRaWAN部署(与上述Sigfox的不同之处是目标不同)

第一个LoRaWAN标准于2015年6月宣布,此后进展很快。第一个“ IoT的LoRaWan R1.0开放标准”规定LoRaWAN数据速率范围为0.3 kbps至50 kbps。为了优化终端设备的电池寿命,网络容量和易于部署/扩展,LoRaWAN网络服务器通过一种称为ADR或自适应数据速率算法的算法来管理每个连接的传感器的数据速率。LoRaWAN规范1.1于2017年发布。

与蜂窝协议相比,LoRaWAN使用的较低频率被称为免许可频谱,尤其是工业,科学和医学(ISM)频段中的免许可无线电频谱。这相当于Wi-Fi。在欧洲,LoRaWAN主要使用868 MHz SRD频段,而在美国则使用915 MHz。LoRaWAN通常还使用星形拓扑而不是网状拓扑(例如ZigBee)(如今,我们谈论的是LoRaWAN的星形星形拓扑)

LoRa(WAN)在物联网连接空间中适合什么位置?

LoRa由多家电信提供商使用。从某种意义上说,它是一种网络,例如3G网络,是为在多个物联网设备之间以及与数据收集系统之间的通信而构建的,通常需要不时地进行数据传输。

LPWAN系统的其他提供商(和LoRaWAN竞争对手)包括前面提到的Sigfox (另一种基于超窄带的技术),它的名字来源于提出该方案的法国公司的名称,并且已经在美国拥有强大的业务。 。此外,在NB-IoT和LTE-MTC (用于机器类型通信的LTE高级)或LTE-M 等蜂窝选项中,LPWAN类别也排名较高。

借助LoRa和LoRaWAN,关键参与者希望并希望为正在寻求在涉及长距离但又需要低容量的区域中快速部署物联网应用的公司提供服务,例如在智能城市或物流中数字化转型项目(以下更多用例)换句话说:这不是您将要用的东西,例如在需要更多网络容量的联网汽车的环境中,或者在石油和天然气物联网应用的环境中,仅举几例。

如前所述,由于LoRa的低频和规格,它的功率也很低,因此非常适合带有小电池的连接设备。

LoRa(WAN)支持哪些类型的物联网应用?

可以使用它的应用示例包括智能停车和各种其他智能城市应用 (例如交通,智能废物管理,一般的智能计量,可以从远距离控制家庭连接设备的应用,本地化,物流应用,农业,智能电表,安全应用,采矿和其他IIoT领域,例如制造业。

换句话说:LoRa适用于当今商业和政府所关注的许多工业物联网应用程序,并为Wi-Fi和价格更昂贵的Wi-Fi等不那么普遍的连接解决方案(外部)提供了替代方案。连接性,例如蜂窝连接。

简而言之,LoRa和LoRaWAN的关键特征(和优势)

我们前面已经谈到了一些好处和特性,但在这里简而言之:

  • 远程支持可实现诸如智慧城市应用之类的解决方案。

  • 低功耗意味着设备的电池寿命长。

  • 低带宽使其成为实际物联网部署的理想选择,其数据量较少和/或数据传输不稳定,因为您可以在汉堡桥和下面的雷电检测案例(以及例如废物管理)中读取这些数据需要知道垃圾箱是否已满或要在智能停车场中“想知道”停车位是否空闲)。

  • 较低的连接成本。

  • 无线,易于设置和快速部署。

  • 安全性:网络的安全性层和具有AES加密的应用程序的安全性层,而不是知道物联网的担忧和安全风险的奢侈品。

  • 完全双向通讯。

  • 开放:开放的联盟和开放的标准。

思科开发了LoRaWAN产品,将LoRa,WiFi和蜂窝电话结合在一起。思科的LoRaWAN产品是LoRa的增强产品,主要针对垂直行业用例和应用程序,例如资产跟踪和管理,物流,公用事业,智慧城市,数字天花板和农业。

在描述Cisco用于LoRaWAN的解决方案的PDF中,我们还看到了环境监控,泄漏检测和街道照明

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LoRaWAN的物联网用例–适用于LoRaWAN

LoRa非常适合联网家庭吗?

LoRa专注于远程,因此对于许多室内智能家居应用而言并不理想。但是,确实可以使用它,并且您可以肯定地将其用于某些距离有限的智能家居应用。

想一想打开车库门或在更远的地方打开和关闭设备的应用程序。对于距离问题较少的智能家居应用,我们通常使用Wifi,蓝牙或短距离解决方案,这些解决方案是为家庭自动化而设计的,例如Z-Wave或ZigBee。

LoRa和LoRaWAN有什么区别?

我们经常互换使用这两个术语,但是前面提到的与OSI层有关的区别。

如果您还记得过时的OSI或开放系统互连模型,那么您可能还记得该概念模型包含多个层次。

第一层是物理层。LoRa是创建远程通信链路的物理层或(无线)调制。正如LoRa联盟所说,LoRaWAN是关于网络的通信协议和系统架构的。或更简单:LoRaWAN是网络(WAN =广域网)

LoRa(WAN)传感器,模块,网关和构件-以及在何处获取它们

Semtech是LoRa知识产权的所有者。该公司在其他解决方案(例如IC等)之上销售除LoRa收发器和网关之类的半导体解决方案。 

其他的LoRa和LoRaWAN设备制造商,从传感器板和模块到网关等,都获得了LoRa IP的许可,包括意法半导体,Microchip,mcf88,AllThingsTalk,Gumstix,Adeunis,Netvox Technology,Telit (也是物联网平台的领导者,在物联网设备管理,在工业物联网平台边缘平台等中得到认可,Libelium,横河电机公司,Lite-On等,它仅取决于您究竟要寻找哪种类型的应用程序,用例和行业地区。

LoRA联盟LoRaWAN认证的产品页面准确地显示了这一点,当然还有一个叫做Google的东西。还有一些物联网市场可以派上用场,因为据我们所知,LoRA联盟的LoRaWAN认证产品页面不可搜索。

Libelium的“ IoT市场”是那些寻求LoRa和LoRaWAN产品的人的平台。其他包括The Things Network,法国LoRa领导者Actility的ThingPark市场(仅限欧盟)或Click&Go以及先前提到的公司和其他公司的市场或在线商店,范围从运营商到位于美国的LoRaWAN先驱Senet的开发人员门户。

在一个旁注中:LoRa联盟的作用是进一步推广LoRaWAN开放标准。如今,正如我们之前所说,如今正式由LoRaWAN开发,但这实际上是我们刚刚与另一家法国公司之间合作的结果提到的是Actility,IBM Research和Semtech,因此拥有芯片中使用的技术(和)关于LoRaWAN的最初评论是,事实上只有Semtech出售了这些芯片,但是现在这被误解了,实际上,像意法半导体(STMicroelectronics)等其他公司确实按照早期的承诺加入了该计划。 。

专用网络和垂直解决方案中的LoRaWAN

LoRa联盟及其创始人Semtech的做法吸引了多家电信公司,但运营商并不是联盟的唯一合作伙伴。

开发人员,集成商和其他许多公司(包括具有非常垂直解决方案的初创公司)也正在使用LoRaWAN网络。此策略使LoRa联盟与主要竞争对手之一Sigfox脱颖而出,后者选择与网络运营商合作,并保留其大部分技术的所有权(端点除外)。

Sigfox的目标是通过与每个国家/地区的运营商合作,成为全球最大的物联网网络。正如您在上面的列表中可以看到的那样,尽管LoRa联盟显然也在寻找(并找到了)全国LPWA网络的合作伙伴,但它的开放性使我们有更多选择。

Sigfox适用于公共网络,而LoRa还可以部署IoT应用程序中经常需要的专用网络。

这是一项业务优势,因为当归结为与运营商合作时,存在着风险,即最终他们开始使用为他们(和他们自己的网络)设计的技术这些蜂窝物联网环境中发生了很多事情。

您实际上可以在虚拟的所有区域和区域(也没有公共网络)中找到LoRaWAN。

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