文档介绍：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:近年来出现了一种面向远距离、低功耗设备的无线技术,Long Range(简称 LoRa)。它是一种远距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的双向无线通信技术,主要适用于自动控制、数据采集和物联网等领域,同时旨在构建生态物联网的一种技术。本文对 LoRa 的基本原理和理论依据进行分析,指出了 LoRa 技术的优势和特点,分析了 LoRa 所采用的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的设计为例,进而阐述 LoRa 通信系统在物联网中的应用以及对于构建生态物联网的作用。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,Low Power work)技术是一种革命性的物联网无线接入新技术,与 W i - F i 、蓝牙、ZigBee 等现有成熟商用的无线技术相比,具有远距离、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的物联网终端设备。LPWAN 作为一个新兴的、刚起步的技术,关键特性优势157dB 链路预算远距离距离大于 15 千米最小的基础设施成本易于建设和部署使用 网关 /集中器 扩展系统容电池寿命大于 10 年量延长电池寿命接收电流 -10mA,休眠电流小于其市场普遍被看好,各厂商争先研究 LPWAN,参与标准制定,设商用试点,市场呈现百家争鸣、蓬勃发展的态势。LoRa作为非授权频谱的一种 LPWAN 无线技术,相比于其他无线技术(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 电信等组成的 LoRa Alliance 国际组织进行全球推广后,目前已成为新物联网应用和智慧城市发展的重要基础支撑技术。1、LoRa 技术的技术特点和优势目前 LoRa 的技术特点和优势主要有以下几个方面: 新型扩频技术大大改善接收的灵敏度 高达 157db的链路预算,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,这大大延迟了电池的使用寿命。表 1 LORA 技术适用于物联网应用部署的关键特性200nA免牌照的频段低成本基础设施成本低节点 / 网关 /集中器支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大网关是节点与 IP 网络之间的桥梁(通过 2G/3G/4G 或者 )。每个网关每天可以处理 500 万次各节点之间的通信(假设每次发送 10Bytes,网络占用率 10%)。如 果把 网 关 安 装 在 现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在搞建筑密集的城市环境可以覆盖2 公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达 10 公里。该网关/集中器还包含 MAC 层协议,对于高层它是透明的。 基于终端和集中器 /网关的系统可以支持测距和定位LoRa 对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的 RSSI(Received Signal Sterngth Indication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精 度可达 5m(假设 10km 的范围)。2、LoRa 在无线技术中的位置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、水管里和其他各种应用等水、电、煤气的智能化管理(最主要是智能计量)智能公共设施施与市政资源和服务的管理相关的应用,如街道照明、垃圾管理、停车管理环境根据 LoRa 技术的关键特点可知,LoRa 非常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的物联网应用,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、智慧社区等应用和领域。表 3 所示为 LoRa 网络适用的应用案例:智能城市监测、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目前,LoRa 网络已经在全球多地进行试点或部署。据最新公布的相关数据显示,全球有十六个国家正在部署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 2016年上半年部署了覆盖全国的 LoRa 网络,提供基于 LoRa 的物联网服务。相对于 LoRa 技术在国外发展的如火如荼,国内 LoRa 应用略显冷淡。目前可看到的公开应用是国内AUGTEK 公司在京杭大运河开展的 LoRa 网络(智慧航道)建设,据悉目前已经完成江苏段的全线覆盖。其实国内从事LoRa 模块和方案开发的厂商并