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    • 被阿里“拐进”广域网领域的LoRa
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    • 局域网基因下,LoRa为何能传得远?
    • LoRa只是解决了距离问题,和NB-IoT并非竞争关系
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局域网基因的LoRa技术,被阿里“拐进”广域物联网市场?

2021/11/05
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被阿里“拐进”广域网领域的LoRa

2017年,阿里巴巴想要进入工业物联网领域,只有云还不够,为了争夺对于LPWAN的产业话语权,准备和运营商干一架,但苦于手里没有可连接的东西,国家是不可能单独为他来授权一个频段的。

于是,阿里巴巴先是作价12.233亿元从赔款困顿中的中兴通讯手里买来中兴软创43.66%的股权,成为中兴软创的实际控制人。据了解,中兴软创曾为全球70个国家的145家运营商提供技术支持服务,帮助它们构建和完善自己的业务支持系统(BSS)和运营支持系统(OSS),也是国内三家运营商BSS/OSS的核心供应商。这意味着,在接手中兴软创之后,阿里巴巴将拥有初具规模的电信运营商渠道与能力。

紧接着,阿里巴巴又联手美国的一家无线通信公司Semtech来做一个协议,因为这家公司以LoRa技术著称,该技术工作在非授权频段,布局起来相对自由。

在这之前,LoRaWAN的战场主要以局域网或城域网为主,没有全球性互通的网络,很难实现漫游,大规模的核心网供应商都是与运营商合作,提供服务。而阿里巴巴的需求是做涵盖室内小场景的广域物联网,场景要求实现压秒级的响应,数据还必须可在本地流转,无需上云,实现设备间的相互通信,漫游需求也较高,这与传统的LoRaWAN协议中的NS和AS数据处理机制以及唤醒机制等都存在违背之处。

于是,Semtech决定联合阿里巴巴LinkWAN团队定制一种基于LoRa技术的全新协议——D2D,实现设备与设备间的通信。

LoRa迎来市场第二春

阿里巴巴旗下阿里云号称要在2023年前连接100亿台设备。说干就干,阿里巴巴与中国铁塔合作,在杭州和宁波持续建了几千个基站准备商用,基站挂在铁塔一半高的位置。有消息称,阿里巴巴在自有的业务中,分别用4个LoRa微型网关和4个基站完成了20万平方米菜鸟园区的LPWAN网络建设。腾讯见状,也在深圳建了1000个不到点的基站,覆盖南山区,宣称要为城市、金融、医疗、零售和工业等提供智慧解决方案。

在这样的大背景下,LoRa迎来市场第二春。知乎上一位名叫shoko camel的参与过阿里LINKWAN早期试点项目的工程师的说法也印证了这一点,他说:“16年以前物联网领域LoRa很火,之后NB-IoT很火,18开始LoRa又重新被人重视,个人感受很真切。”同时在他看来,CLAA/LINKWAN同台竞争,还是LoRaWAN标准更符合物联网各个领域的大小开发者的开发习惯。

为什么说LoRa具有局域网基因?

在讲这个问题前,我们来了解一下LoRa技术的部分基本技术指标。首先,LoRa采用扩频技术,工作在非授权频段,ISM频段包括433MHz、470MHz、868MHz、915 MHz等,一个LoRa网关可以连接成千上万个LoRa节点,传输速率18b/s~62.5kb/s。

重点来了,433MHz、470MHz、868MHz、915 MHz这些频段是非授权的,非授权意味着免费,也意味着字面上的“人人可用”,信道就会变得异常拥挤,欧洲的868MHz、美国的915 MHz尚有国家级规范。但在中国是另外一种情况,470-510 MHz这40MHz的带宽原来是授权给广电用的,但广电一直不那么强势,没有主动收回来,所以工信部就出了很多文件,通俗地讲就是:“你可以用这个频段,但我不保证信道干净,不保证你不受影响。”言外之意:“你受影响是应该的,但你不能去影响别人。”

因此,为了防止乱象,不给广播、卫星监控等造成大量的干扰,继2017年发布征求意见稿后,2019年工信部发布公告《微功率短距离无线电发射设备管理要求》,在该公告中将LoRa正式归为微功率短距离的第四部分民用计量仪表,限制LoRa只能在建筑楼宇、住宅小区及村庄等小范围内组网应用,任意时刻限单个信道发射,且必须具备“发射前搜寻”等干扰规避功能,不能被用户关闭或者调整。若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时,不得在当地使用;若对当地声音、电视广播接收产生干扰,应立即停止使用,待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。

此外,该公告还规定了LoRa在中国的使用频率范围是470~510MHz,发射功率限定在50mW,单次发射持续时间不得超过1s,并对发射功率谱密度限值、占用带宽和频率容限等作出了规定。

综上,LoRa不论是从漫游问题、发射功率还是持续发射时间的角度出发,都是不具备广域网条件的,而工信部的这份公告也正式判定LoRa是一种具有局域网基因的技术。

局域网基因下,LoRa为何能传得远?

LoRa带着局域网的基因能传得远,是因为其接收灵敏度很高,能做到-140dBm,而像普通的局域网技术,例如蓝牙的接收灵敏度通常只有-95dBm,这一进一出相差45dB。传统蓝牙设备的最大发射功率分3个等级:Class1为100mW(20dBm),Class2为2.5mW(4dBm),Class3为1mW(0dBm),而LoRa网关和节点调整的最大功率分别为27dBm和22dBm。排除实际环境干扰,以多出40dB的链路预算为例,蓝牙的发射功率需要是LoRa的10000倍,才能和LoRa达到相同的传输距离。因此对于长距离接收,LoRa有独霸江湖的利器。

具体实现方面,磐启微电子的创始人及CEO李宝骐表示:“在给定的发射功率下,要提高LoRa的传输距离,只能提高接收灵敏度,通过射频噪声系数,降低NF,可以提高灵敏度,减小通信带宽,以及解调信号与噪声比,优化SNR来提高灵敏度。”他高度赞扬了Semtech的多项技术专利,正是这些技术专利的贡献,才有了LoRa传得远的可能。

为什么要引用他的话,因为磐启微电子是国内唯一拥有全自主研发的Chirp-IOT技术的一家本土公司,作为公司技术主力,李宝骐对这些技术了熟于心;从市场的层面来讲,磐启微和Semtech是竞争对手,但他们的业务面向会有所不同。

值得一提的是,关于LoRa技术的研发难度,阿里巴巴一开始也对Semtech产生过怀疑,阿里巴巴的总裁曾想绕过Semtech的专利来做,后来还找专利律师进行过评估,花费了半年多时间,结果发现真的很难绕开,于是对Semtech的技术变得很认。

LoRa只是解决了距离问题,和NB-IoT并非竞争关系

从技术生态的角度来看,LoRa和NB-IoT技术相差很远,LoRa是一种物理层调制技术,可将其用于不同的协议中,比如LoRaWAN协议、CLAA网络协议、LoRa私有网络协议和LoRa数据透传等。而NB-IoT是一种成熟的广域网协议,2016年6月获得3GPP通过,2020年7月被接受为ITU IMT-2020 5G技术标准,从此NB-IoT被纳入全球5G标准。

从应用生态的角度来看,LoRa和NB-IoT的应用方向也不一样,需要强漫游的地方只能选用蜂窝物联网(基站多,运行稳定),需要高速移动的地方LoRa会更适合,当然蜂窝技术中的eMTC可以弥补NB-IoT高速移动的缺陷,但此处仅对前两者进行对比。

此外,工作在ISM频段的LoRa因为支持企业自建、产业链更成熟、更灵活的组网方式等原因,可以很好的弥补NB-IoT的不足,尤其是在智能楼宇、智慧园区、智慧港口这类用户不希望数据经过运营商的环境中,以及像环境监测、畜牧养殖、矿井监测等偏远或者环境恶劣等NB-IoT覆盖不足的场景。

因此,LoRa只是解决了距离问题,和NB-IoT并非竞争关系,两者既有交叠,有各自拥有独门特色,在市场中相辅相成。根据IoT Analytics的预测,2017- 2023年间,低功耗广域网络连接数年复合增长率将达到109%,到2023年低功耗广域网络连接数总数超过11亿,用户在此类连接上的支出超过47亿美元。2018年,NB-IoT和LoRa已经占据了低功耗广域网络70%的市场份额,这一比例还在持续增长,到2023年会达到85%。

此外,2016年到2018年间,LoRa处于暂时领先地位,不过由于全球主流运营商的支持,NB-IoT这几年得到了飞速发展。根据数据统计显示,截至2021年4月,全球已经有71个国家投资建设了129张移动物联网,其中NB-IoT网络达到93张。

欲查看更多“物联网广域网低功耗”相关内容,请点击查看本期《与非“低功耗广域网新变局”主题月》

链接:https://www.eefocus.com/original/1814

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电子产业图谱

与非网副主编 通信专业出身,从事电子研发数余载,擅长从工程师的角度洞悉电子行业发展动态。