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LPWAN市场群雄争斗,LoRa如何实现7倍增长?

时间:2020-12-15 作者:邵乐峰 阅读:
作为使用非授权频段的LPWAN代表性技术之一,LoRa实现了几公里甚至几十公里的网络覆盖,解决了物联网产业存在的终端功耗高、海量终端连接、广域覆盖能力不足和成本高等困难,适合大规模部署。
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截止2020年1月,全球157个国家和地区已部署80多万个基于LoRa的网关,其中基于LoRa的终端节点超过1.45亿个。预计到2023年,43%的LPWAN物联网解决方案将基于LoRa技术。目前,LoRa联盟会员超过500家,来自中国的小米、联想、阿里巴巴、腾讯、中兴、OPPO、vivo等都是其会员。

自组、安全、可控

从技术角度来看,LoRa是一个物理层的无线数字通信调制技术,称为扩频连续调频调制技术(Chirp Modulation),其组网方式可以根据不同的应用和需求而选择不同。实际应用中常见有:点对点、星状、树状、网状、Mesh等多种组网形式。

如图1所示,LoRa生态在国外主要是运营商使用的LPWAN技术LoRaWAN,而国内LoRa的主要应用为私有网和专有网,被称之为“长Wi-Fi”,使用方式和Wi-Fi完全相同。对比Wi-Fi,LoRa具有工作距离远、功耗低、传输速率低等特点。

图1:LoRa网络示意图(图片来源:Semtech)

在中国使用的LoRa芯片是由Semtech(升特半导体)研发和供应的。作为一家老牌的模拟和混合信号半导体企业,Semtech在2012年收购了全球最早推出LoRa技术的法国公司Cycleo,从此凭借IP授权的方式,在LoRa市场占据了重要地位。商业模式方面,LoRa芯片的制造、组装和代理分销是在亚洲地区进行的,不少半导体公司,例如ST、Microchip、翱捷科技、国民技术等,通过得到IP授权推出基于LoRa技术的集成芯片,或是以推出SiP级芯片或模组的方式,来满足物联网多样化的芯片需求。

Semtech中国区销售副总裁黄旭东(Mike Wong)将LoRa的优势概括为6个字:自组、安全、可控。

  • 自组:

LoRa的网络具有灵活性和便利性:按需部署,根据应用需要,规划和部署网络;根据现场环境,针对终端位置,合理部署网关和终端设备。网络的扩展十分简单,根据节点规模的变化,随时对覆盖进行增强或扩展。

同时LoRa也可以独立组网:个人、企业或机构均可部署私有/专有网、企业网或行业网(免授权频段)。大多数物联网应用都是区域性的,小规模网络即可解决问题。区域性的局域网络是公网有效且必要的补充。

黄旭东再次对外界对于工信部2019年发布的《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》(简称“52 号公告”)所产生的误解做出了澄清。“LoRa 符合中国工信部52号公告的所有要求。”他强调称,52号公告其实是进一步规范了LoRa技术参数,明确了合法和违法的界定,有利于企业在合法范畴中开展业务。相当于从政策层面给了业界一个定心丸,对LoRa的长期发展提供了良好的大环境。

  • 安全:

一个数据是否安全,可以通过射频物理层、数据传输过程、安全加密方算法、应用层四个方面进行分析。

从物理层分析,数据的安全性主要体现为该信号的隐蔽性强。隐蔽性强又叫做可检性低(LPI—Low Probability of Intercept),即不容易被侦破,对各种窄带通信系统的干扰很小。如图2所示,扩频前数据高于噪声基底,其信号非常容易被检测。当信号被扩频后,信号完全在噪声基底之下,无法通过能量强度检测出来。这也是军工、通讯等行业一直使用扩频技术作为通信手段的原因。LoRa CSS技术可以在噪声以下20dB进行解调,普通设备很难检测和干扰LoRa信号,这是物理层的安全性。

图2:扩频技术隐蔽性分析(图片来源:Semtech)

LoRa技术只是一个物理层的透传技术,用户可以在其网络层链路层架设自己的安全引擎,可以进行最深度的定制,还可以加入硬加密芯片。而在数据传输过程中,LoRaWAN在本地收集,处理和存储数据。数据受网络所有者的完全控制,不会离开私有的网络。

  • 可控:

由于LoRa数据速率较为广泛,可以根据用户的实际需要,应用到不同的场景里,如短距离传输的智能家居、长距离传输的智能小区、智慧楼宇等,因此其网络覆盖范围可控。另一方面,考虑到LoRa功耗极低,拥有长达10年的使用寿命,且硬件简单、网络部署简单,成本上具有巨大优势。从这个角度来看,其功耗/使用寿命/成本/产品供应也处于可控状态。

图3:LoRa网络覆盖范围可控(图片来源:Semtech)

没有地理定位的物联网是不完整的

根据Cisco的预计,未来十年里,随着各机构不断转向更侧重于物联网的业务战略,全球将有5000亿台设备连接到互联网,其中大多数物联网设备无论在安装时,还是在整个资产生命周期内都需要某种形式的定位功能。Market Insight Reports的报告也印证了上述趋势,该机构称,到2025 年,“带有地理定位功能的物联网”市场的规模预计将从现在的 400 亿美元增长至 740 亿美元。

因此,今年6月,Semtech也顺势推出了一个全新的基于LoRa的低功耗平台—LoRa Edge,其目标应用市场包含了工业、楼宇、家居、农业、交通运输和物流等领域。该系列的第一款产品(LR1110)是一套地理定位解决方案,其特色是低功耗Wi-Fi和GNSS扫描功能,结合简单易用且经济高效的LoRa Cloud地理定位以及设备管理服务,可显著降低采用物联网来定位和监测资产的成本和复杂性。

图4:LoRa Edge(图片来源:Semtech)

Semtech中国区市场战略总监甘泉将LR1110的优势归纳为以下三个方面:一是它作为一款高集成度芯片组,能适用于各种室内外应用;二是其设备到云的定位架构能降低功耗,相比现有解决方案功耗降低了10倍;三是它可为设备到云的安全提供端到端支持,无需采用外部安全元件。

具体而言,由于不再需要添加GNSS和Wi-Fi器件,LoRa Edge降低了设备的物料清单(BOM)成本,显著降低了设计和采购复杂性。而且客户仅在需要进行资产定位时才付费,也降低了总拥有成本(TCO);通过添加LoRa Cloud地理定位服务,以及提供简单易用且经济高效的到达时间差(TDOA)数据、GNSS和基于Wi-Fi的云位置计算功能,大幅减少了设备的功耗需求,并提高了资产管理效率;芯片制造时配置的一流密钥和安全连接添加流程进一步简化了物联网解决方案的开发,恰如其分地满足了客户对安全性的严格要求。

图5:LoRa Edge系统解决方案(图片来源:Semtech)

Semtech全球市场推广及亚太区销售高级副总裁张晖则表示,2020年正好是Semtech公司成立60周年,自2015年进入中国市场以来,LoRa技术从最初的表计市场,一步步迈入智能供应链和物流、智能家居和楼宇、智能公用事业、智慧园区等多个垂直领域,在进一步丰富物联网应用场景的同时,LoRa的生态圈也得到了蓬勃发展。“作为LoRa技术的主导者之一,Semtech希望能够与更多合作伙伴一起,继续推进LoRa在中国乃至全球的落地与推广。”他说。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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