LoRa是什麼？

LoRa全名「Long Rang」，是工作於非授權頻段的低功耗廣域物聯網技術，生於2013年，單親，有個來自美國的媽媽——Semtech公司。LoRa現已長大，成為在低功耗廣域網（LPWAN）或窄帶物聯網領域里最熱門的技術之一。

低功耗廣域網LPWAN技術的特點是「廣覆蓋、大連接、低功耗、低速率」，特別適用於遠程抄表、環境監測、智能停車、位置追蹤等有海量連接、小數據、非頻發傳輸需求的應用場景，並且，這類應用場景的物聯網連接數量將占到物聯網總連接數的60%。

看到這里，也許有讀者會想起NB-IoT。Yes，NB-IoT於2016年出生，NB-IoT全名「Narrow Band Internet of Things」，工作於授權頻段的低功耗廣域物聯網技術。因此，LoRa與NB-IoT同屬於低功耗廣域網（LPWAN）技術，只不過NB-IoT是含著金湯匙出生自全球標準組織3GPP這個貴族家庭。從全球範圍來看，NB-IoT目前好像是LoRa相愛相殺的冤家對頭。

根據LoRa聯盟（LoRa Alliance）官網的展示，目前，全球有100家網路經營商在100個國家已部署LoRa網路。那麼出生不如NB-IoT的LoRa為什麼能夠得到諸如Google、IBM、思科、Orange、阿里、騰訊等大型互聯網、電信經營商、設備商的青睞？

其本質原因在於無線通信所用的頻譜也是一種稀缺資源，其中國家劃分出一小部分頻譜資源作為非授權頻段，供LoRa之類的網路使用，此外劃分出另外一大部分頻譜資源作為授權頻段，供NB-IoT之類的網路使用。So what？說通俗一點，任何個人或組織都可以買台LoRa基站（也稱為LoRa網關）搭建LoRa網路，好比誰都可以買台TP-Link無線路由器擱在家里或辦公室用來上網，並且其技術門檻比Wi-Fi高不到哪里去。但如果你弄台NB-IoT基站搞事情，可被定為擾亂無線電通訊管理秩序罪與破壞公用電信設施罪；也就是說NB-IoT這類通信網路只能由政府授權的極少數電信經營商建設和經營，天然帶有某種壟斷性。

LoRaWAN又是什麼？

話說LoRa的美國單親媽媽——Semtech公司，當年含辛茹苦一手把她帶大。為了使LoRa長大成人、受到良好的教育，以便日後出人頭地，在LoRa兩歲的時候，Semtech聯合了IBM、Actility等公司成立了LoRa聯盟（LoRa Alliance），致力於尋找「養父母」一起構建適合LoRa發展的產業生態。

LoRa僅是一種調制技術（NB-IoT屬於蜂窩通信，LoRa屬於線性擴頻），屬於物理層無線傳輸技術。因此，LoRa僅定義了無線側的標準規範，按照通信的行業術語講，LoRa只定義了空口協議，LoRa對應的產品就是收發器（transceiver）晶片。要想做到組網、完成端到端的通信業務，還需要更多的工作要做。為此，LoRa聯盟（LoRa Alliance）制定了LoRaWAN標準規範。

註：LoRa技術由Semtech這一家公司擁有，而LoRaWAN則由LoRa聯盟（LoRa Alliance）這個非盈利組織制定。

LoRaWAN是在LoRa物理層傳輸技術基礎之上的以MAC層為主的一套協議標準。LoRaWAN提供了多信道接入、頻率切換、自適應速率、信道管理、定時收發，節點接入認證與數據加密、漫遊等特性。有了這個標準之後，LoRaWAN的就變成一種網路技術，可將其用於不同的協議和不同網路架構（如Mesh組網、星型組網、點對點組網）。

以NB-IoT做個類比，LoRaWAN標準的上下行調制技術採用LoRa，NB-IoT上行和下行分別採用SC-FDMA和OFDMA。

LoRaWAN對應的產品包括LoRaWAN節點，LoRaWAN網關（Gateway）、LoRaWAN網路服務器（Network Server）和應用服務器（Application Server）。

使用LoRaWAN的產品時，其用戶接口有兩個：一個是在底層傳感器和LoRaWAN節點之間有一個數據接口，傳感器數據通過這個接口傳到網路；另一個是LoRaWAN網路服務器（Network Server）和應用服務器（Application Server）之間有一個數據接口將網路的數據傳送至應用系統。

由上可見，LoRaWAN構建的是一個經營商級的大網，覆蓋地區和全國的網路，甚至確保不同國家LoRa網路的互操作性。經過幾年的發展，目前已建立起了較為完整的生態鏈：LoRa晶片、模組、傳感器、基站或網關、網路服務、應用服務。

LoRa目前的發展情況

全球已部署了5000萬的LoRa終端節點，而2018年LoRa晶片的出貨量預計有數千萬片，中國市場LoRa晶片出貨量占據全球一半以上，並且在中國，LoRa基站的部署量也達到了數萬個，在北京、深圳、廣州、杭州等城市均有城市級的LoRa網路覆蓋。

由於LoRaWAN的開放性、靈活性和自主性，中國已成為LoRa產業生態最大的市場，國內LoRa晶片出貨量幾乎占全球的一半，已有上千家公司的業務與LoRa相關。其中，中興通訊、騰訊、阿里巴巴、中國聯通、鐵塔公司、貴州廣電等重量級玩家加入LoRa物聯網領域，這些重量級企業的入局對於推動LoRa產業發展的作用是不言而喻的。與此同時，國內LoRa產業的生態圈也更為完善，以克拉科技為主導力量的中國LoRa應用聯盟（CLAA）其聯盟成員已經增加到了1100多家。

阿里巴巴的LoRa布局——達爾文計劃

在2018年9月19日杭州阿里巴巴雲棲大會上，阿里雲首席智聯網科學家丁險峰宣布啟動「達爾文計劃」，旨在通過一系列的包括平台、晶片和微基站在內的全鏈路生態服務，交付給企業客戶一張自有可控的物聯網。在雲棲大會戶外上空懸停著一架印有「天空物聯網LoRa站」Logo的飛艇，其搭載了LoRa網關。當它被啟動，現場的物聯網設備迅速被飛艇上的信號連接。而當關閉時，數據大屏上的幾十種數據會瞬間消失。

阿里巴巴關於LoRa的布局主要有三個方面：

第一，阿里巴巴獲得了Semtech的LoRa晶片的IP授權，這是Semtech在全球繼ST（意法半導體）之後第二次授權LoRa IP，也是首次在國內授權。在此基礎上，阿里雲IoT聯合ASR（翱捷科技）共同發布了超小尺寸、超低功耗的LoRa晶片。

第二，阿里雲開發了LinkWAN核心網管理平台，該平台是對整個LoRa的網關和節點設備進行有效管理的核心網平台。通過這一平台，阿里雲IoT可以提供基站和節點等設備的接入，為使用者提供終端管理界面，用戶可以自主搭配LoRa網路，針對不同使用場景推出不同的使用方案。

第三，阿里雲針對已有的LoRa網關設備和節點設備會進行認證，符合阿里雲認證標準的網關設備和節點設備可以接入LinkWAN核心網管理平台。

為何LoRa受互聯網公司的歡迎？

LoRa的這種靈活、開放、自主的特性給產業界帶來更多的機會，因為那些被擋在通信朋友圈之外的企業可以參與到LoRa網路經營中。

1. 總體來看，物聯網的通信技術可分為短距離通信技術和遠距離通信技術。遠距離通信技術的連接數量將占到物聯網總連接數的60%。除了LoRa、Sigfox等工作在非授權頻段的LPWAN技術外，遠距離通信技術基本上屬於電信經營商的地盤；互聯網公司只能受限於Wi-Fi、藍牙、ZigBee和802.15.4這類短距離通信技術。而LoRa技術的興起正在打破這種格局，提供低功耗廣域網路連接服務的廠商已不再是傳統電信經營商的「特權」，不同的網路規模和業務範圍都有多個新的網路「經營商」參與進來，形成多樣化的格局。基於低功耗網路的特點，電信經營商一家獨大的局面正在發生改變，給物聯網市場帶來了新的機遇。

2. 從標準角度來講，移動蜂窩技術已由高通、愛立信、華為等玩家經數十年的產業資源、技術研發和知識產權積累而占據一隅，互聯網公司鮮有可乘之機。互聯網企業在通信業標準方面的專利積累非常少、產業鏈影響力較小，面對NB-IoT、eMTC以及未來5G等物聯網標準，很難參與進來，更不用說有重大貢獻和掌握話語權了。不過，LoRaWAN作為一個問世時間較短且相對簡單的開放標準，新入局的互聯網巨頭相對容易參與到標準化工作中。

3. LoRaWAN的部署方式和商業模式非常靈活。例如，CLAA有四種主要的業務合作模式：

• 獨立經營商：提供全套解決方案；支持客戶建網，並與CLAA共享物聯網互聯互通。
• 大型合作夥伴：直接參股，CLAA負責建網，多城市大範圍覆蓋，享受全網整體受益，CLAA承擔運維費。
• 中小型客戶：直接採購設備，CLAA協助建網，城市級或區域級覆蓋，享受城市級、區域級收益，客戶承擔運維費。
• 專業管道商：直接採購設備，自行微客戶建網，協助客戶經營，客戶承擔運維費用。

LoRaWAN網路架構

從LoRaWAN網路架構來看，主要有以下幾部分：終端節點、網關、回傳、網路服務器、應用服務器。

• 終端節點（End Nodes）：終端節點是在最左邊，異步地廣播數據包到網路。遵循Aloha網路規範，保證終端設備可以大部分時間處於空閒模式，功耗少於1uA。 這種方法可確保在小型電池上的應用可以做到10至15年的使用壽命。
• 網關（Concentrator/Gateway）：通過終端節點廣播的數據包將會被網路中的一個或多個網關獲取。網關有一個多信道和多數據速率的射頻嵌入式設備，可以掃描和檢測任何活動信道上的數據包並進行解調。
• 回程（Backhual）：網關通常有一個以太網的回程，然而，目前一些部署使用了2G、3G、4G、Wi-Fi、NB-IoT、以太網等作為回程。
• 網路服務器（Network Server）：核心網路是LoRaWAN系統的重要組成部分。它承載所有需要的智能來管理網路並將數據分發到其他服務器。
• 應用服務器（Application Server）：LoRaWAN協議支持不同類型的網路。一些網路提供商也是應用提供商。因此，在LoRaWAN網路架構圖圖中最右側的應用服務器可以與網路服務器分別托管或與網路服務器集成在一起托管。

LoRa的應用場景

LoRa正在全球範圍內應用部署，因為其低功耗、深度覆蓋、容易部署等優勢使得其非常適用於要求功耗低、距離遠、大量連接以及定位跟蹤等的物聯網應用，如智能抄表、智能停車、車輛追蹤、寵物跟蹤、智慧農業、智慧工業、智慧城市、智慧社區等應用和領域。

參考文獻：
1.	LoRa Alliance官網
2.	《LPWAN未來幾大趨勢：大連接、技術互補、人人經營商》：物聯網智庫
3.	《騰訊與 TTN 宣布戰略合作，共同推進全球及中國物聯網開發生態》：騰訊雲
4.	《宮鬥風雲之NB-IoT vs. LoRa》：中國移動研究院
5.	《利用偽基站群發簡訊可定破壞公用電信設施罪》: 最高人民檢察院
6.	《一文摸透Lora市場業務模式》：創客射頻空間
7.	《LoRaWAN網路協議與LoRa私有協議相比有哪些優勢》：成都億佰特
8.	《騰訊與LoRa：互聯網巨頭的物聯網生意經》：物聯網智庫
9.	《騰訊與全球最大LoRa開發者社區達成戰略合作，互聯網巨頭的物聯網野望》：物聯網智庫
10.	《阿里雲宣布啟動達爾文計劃 做自主可控物聯網》：新浪科技
11.	《阿里的第五賽道》：雷鋒網
12.	《LoRa的逆襲之路，是物聯網市場成熟的表現》：物聯傳媒
13.	《三大低功耗廣域物聯網技術NB-IoT、LoRa、sigfox未來如何爭奪？》：全球物聯網觀察