LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。
LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。
下图以USA情况为例，从灵敏度、链路预算、覆盖范围、传输速率、发送电流、待机电流、接收电流、2000mAh电池使用寿命、定位、抗干扰性、拓扑结构、最大终端连接数等参数上比较了Sigfox、LTE-M、ZigBee、WLAN、80211ah和LoRa的区别。后续的LoRa技术小型科普文（下）将具体解释以上的部分参数。
LoRa网络构成
LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。
LoRa联盟LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间，联盟已经发展成员公司150余家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。产业链（终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商）中的每一环均有大量的企业，这种技术的开放性，竞争与合作的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。
网络部署
目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa Alliance早先公布的数据，已经有9个国家开始建网，56个国家开始进行试点。中国AUGTEK在京杭大运河完成284个基站的建设，覆盖1300Km流域；
美国网络运营商Senet于2015年中在北美完成了50个基站的建设、覆盖15,000平方英里（约38850平方千米），预计在第一阶段完成超过200个基站架设；
法国电信Orange宣布在2016年初在法国建网；
荷兰皇家电信kpn宣布将在新西兰建网，在2016年前达到50%覆盖率；
印度Tata宣布将在Mumbai和Delhi建网；
Telstra宣布将在墨尔本试点……(后续的文章将详细介绍部分公司利用LoRa技术做出的应用)
LoRaWAN协议
LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。LoRaWAN瞄准的是物联网中的一些核心需求，如安全双向通讯、移动通讯和静态位置识别等服务。该技术无需本地复杂配置，就可以让智能设备间实现无缝对接互 *** 作，给物联网领域的用户、开发者和企业自由 *** 作权限。
LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。网关与服务器间通过标准IP连接，终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信，同时也支持云端升级等 *** 作以减少云端通讯时间。终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，数据速率的选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术，不同传输速率的通信不会互相干扰，且还会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。LoRaWAN的数据传输速率范围为03 kbps至375 kbps，为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应（Adaptive Data Rate , ADR）方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出功率。全国性覆盖的广域网络瞄准的是诸如关键性基础设施建设、机密的个人数据传输或社会公共服务等物联网应用。关于安全通信，LoRaWAN一般采用多层加密的方式来解决：一、独特的网络密钥（EU164），保证网络层安全；
二、独特的应用密钥（EU164），保证应用层终端到终端之间的安全；
三、属于设备的特别密钥（EUI128）。LoRaWAN网络根据实际应用的不同，把终端设备划分成A/B/C三类：Class A：双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信，每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求，其微调是基于一个随机的时间基准（ALOHA协议）。Class A所属的终端设备在应用时功耗最低，终端发送一个上行传输信号后，服务器能很迅速地进行下行通信，任何时候，服务器的下行通信都只能在上行通信之后。
Class B：具有预设接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收一个Beacon，通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。这种方式能使服务器知晓终端设备正在接收数据。
Class C：具有最大接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。
LoRa技术要点
一般说来，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将影响系统的传输距离和电池寿命；
工作频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标；
而在FSK系统中，网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。
前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息，这样，数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求，且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性，这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中，将每一比特时间划分为众多码片。
即使噪声很大，LoRa也能从容应对LoRa调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子（12）。相对而言，ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。通过使用高扩频因子，LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上，当你通过频谱分析仪测量时，这些数据看上去像噪音，但区别在于噪音是不相关的，而数据具有相关性，基于此，数据实际上可以从噪音中被提取出来。扩频因子越高，越多数据可从噪音中提取出来。在一个运转良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）需要可靠地解调信号，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解调一个信号，其信噪比为-20dB，GFSK方式与这一结果差距为28dB，这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下，6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。
超强的链路预算，让信号飞的更远
为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现，我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量，在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。AngelBlocks的发射功率为100mW (20dBm)，接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dB。比较而言，拥有灵敏度-110dBm（这已是其极好的数据）的GFSK无线技术，需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中，大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此状况下，发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值。
因此，使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术正是我们所需的。
关于LPWAN
低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物联网中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。LPWAN相关组织LoRa联盟目前在全球已有145位成员，其繁茂的生态系统让遵循LoRaWAN协议的设备具有很强的互 *** 作性。一个完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线传感器节点，其效率远远高于传统的点对点轮询的通讯模式，也能大幅度降低节点通讯功耗。
一个美好的初秋清晨，绿宝石智慧农庄里静悄悄的。整齐的大棚里，一个个圆滚滚的西瓜安稳地躺在半空中的网袋里。大棚的主人小赵坐在智能小车上，不紧不慢地穿行于两列瓜藤之间，像个正在检阅仪仗队的将军。
瓜园里埋设了众多的土壤水肥传感器，及时采集水分和肥力的情况，通过田间的无线接入点把数据传回控制中心，然后按指令启动滴灌系统为作物补充水分和养料。不过，每天的现场巡视还是必不可少的。
利用预设编号的非接触式RFID（无线射频识别，是一种通信技术）卡，瓜田里的每条田垄都设立了巡查系统的检查点。每天，小赵都要依次通过这些RFID卡，让手中的RFID读取设备感应它们。哪怕遗漏了大棚里的任何一条小路，小车的屏幕都会不厌其烦地提示今天的巡视没有完成。
短促悦耳的提示声不时响起，这意味着又有西瓜可以采摘了。在给雌花授粉的时候，小赵会把一个可以多次写入的半有源RFID吊牌，挂在离花朵最近的瓜藤上。吊牌的芯片里记录了西瓜的品种、授粉日期以及编号，这是未来每一个西瓜的“身份z”。（半有源RFID平时处于休眠状态，不向外界发RFID信号，只有进入低频激活器的激活信号范围时，才被激活工作。）
通过远距离感应并读取RIFD吊牌里的记录，结合后继时段中的天气和温度，农庄的管理系统可以向小赵提供精准的采摘日期建议，并通过智能小车的终端提醒他。
随着巡视工作的顺利结束，小车的货斗里几乎装满了诱人的西瓜。小赵驾着小车回到农庄库房，依次把西瓜套上泡沫网套和包装袋，把对应的半有源RFID吊牌别在袋口，然后把西瓜分别放进相应规格的周转箱。
片刻之后，几十公里外的都市中心。白领小钱正在停车，手机的提示音却突然响了，一条短信跳了出来：“亲爱的主人，您的笨笨冰箱没有发现任何水果的RFID标签，请主人注意饮食平衡！”
信末尾附带了一个小钱很熟悉的链接，那是他办理过会员的绿宝石智慧农庄网店。看来，家里的冰箱利用扫描RIFD标签完成了库存扫描，并通过互联网及时发来了购物提醒。
点开链接，小钱发现农庄今天供应西瓜、葡萄和当季蔬菜。他信手点了几下屏幕，预定下一个重量3公斤左右的西瓜。
与此同时，绿宝石智慧农庄的销售小孙和小李也开始了忙碌。他们按照网上订单的要求，在库房里为顾客挑选合适的水果或蔬菜。过磅的时候，智能台秤会同时读取半有源RFID吊牌里的信息，然后很快吐出一张销售标签。
这张标签只比普通不干胶标签稍微厚一点。然而纸质表面的下面却藏着复杂的柔性线路和芯片。这是一张一次写入多次读取的RFID标签，通过读取器可以读出刚刚写入的商品及订单信息。
具体到这个西瓜上，标签里包括了品种、采摘、生产商以及重量、价格和配送信息等等，甚至还有瓜田的现场视频链接呢！这些信息来自网店的客户管理系统和农庄的库存管理系统，这张RFID标签也成了这个西瓜的新“身份z”。
与此同时，小钱的手机收到了订单确认及付款链接。午休的时候，小钱完成了远程支付，随即收到了取货用的二维码。属于小钱的西瓜随后被送入配送库房，那个半有源RFID吊牌则被回收再次使用。REID读取器快速地读取每一箱货物的信息，并显示在分装平台的屏幕上。配送员们根这些信息，按照配送地址把一箱箱西瓜、葡萄和蔬菜各就各位，几辆厢式配送车很快出发。
下午，属于小钱的那个西瓜完成了漫长的旅行，来到了小钱家小区的地下车库里，这里摆放着农庄的暂存柜。配送员把各家订购的水果和蔬菜分别放进一个个单独的柜门，同时回收留在暂存柜中的周转箱。智能暂存柜将识别RFID标签上的订单信息，然后根据会员号为客户打开正确的柜门。
傍晚，小钱来到了绿宝石智慧农庄的暂存柜前。聪明的暂存柜发现了小钱皮包里的RFID会员卡，很快通过内部的管理系统找到了对应的货物。小钱根据柜子屏幕上的提示把手机上的二维码对准摄像头，西瓜暂时容身的那个柜门便轻声开启了。
回到了家，小钱随手把拎着的西瓜塞进了冰箱。冰箱的屏幕立刻亮了起来：“亲爱的主人，您购买的西瓜是早晨8：20分前采摘的，为了保证风味和营养，建议您尽快食用……”小钱已经忙着做饭去了，并不理会饶舌的冰箱。在RFID技术的帮助下，一个28公斤重的可爱西瓜，顺利地抵达了旅程的终点。
知识链接：RFID技术（Radio Frequency Identification），又称无线射频识别技术。利用特定频率的电磁脉冲，RFID读写设备可以在一定距离内识别并读写RIFD标签中存储的信息。有源RFID标签装有电池，可以主动发送信号。无源和半有源RFID标签接收读写设备发出的电磁波，产生感应电流并发送信号。通常有源和半有源RFID标签的工作距离较远。
带有RFID标签的物品就像拥有了独一无二的身份z，可以被RFID读写设备辨识，并通过接入互联网的管理系统进行追踪。RFID技术广泛运用于物流、销售和安全管理中，是物联网技术的重要基础之一。
（出品：科普中国；制作：北极星创客团队；监制：中国科学院计算机网络信息中心；“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。如需转载请与移动端科普融合创作办公室mobile@cniccn 联系。）
物联网(The Internet of Things，简称IOT)的概念是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。
国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现 *** 作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道，家用电器等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。
具体的说就是在农业、物流、能源、环保、医疗等重要领域都将推进物联网规模化应用。物联网将加速向各领域渗透应用，催生出无人零售、精准医疗、智能制造等大量新模式新业态，生产生活的“痛点”“难点”正在破题，一系列“独角兽”企业有望诞生。
扩展资料：
物联网在农业、工业、服务业、公共事业中均有很好的应用前景：
一、物联网在农业中的应用
1、农业标准化生产监测：是将农业生产中最关键的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤温度、土壤含水率等数据信息实时采集，实时撑握农业生产的各种数据。
2、动物标识溯源：实现各环节一体化全程监控、达到动物养殖、防疫、检疫、和监督的有效结合，对动物疫情和动物产品的安全事件进行快速、准确的溯源和处理。
3、水文监测：包括传统近岸污染监控、地面在线检测、卫星遥感和人工测量为一体，为水质监控提供统一的数据采集、数据传输、数据分析、数据发布平台，为湖泊观测和成灾机理的研究提供实验与验证途径。
二、物联网在工业中的应用
1、电梯安防管理系统：该系统通过安装在电梯外围的传感器采集电梯正常运行、冲顶、蹲底、停电、关人等数据，并经无线传输模块将数据传送到物联网的业务平台。
2、输配电设备监控、远程抄表：基于移动通信网络，实现所有供电点及受电点的电力电量信息、电流电压信息、供电质量信息及现场计量装置状态信息实时采集，以及用电负荷远程控制。
3、企业一卡通：基于RFID—SIM卡，大中小型企事业单位的门禁、考勤及消费管理系统；校园一卡通及学生信息管理系统等。
三、物联网在服务产业中的应用
1、个人保健：人身上可以安装不同的传感器，对人的健康参数进行监控，并且实时传送到相关的医疗保健中心，如果有异常，保健中心通过手机提醒体检。
2、智能家居：以计算机技术和网络技术为基础，包括各类消费电子产品、通信产品、信息家电及智能家居等，完成家电控制和家庭安防功能。
3、智能物流：通过GPRS／3G网络提供的数据传输通路，实现物流车载终端与物流公司调度中心的通信，实现远程车辆调度，实现自动化货仓管理。
4、移动电子商务：实现手机支付、移动票务、自动售货等功能。
5、机场防入侵：铺设传感节，覆盖地面、栅栏和低空探测，防止人员的翻越、偷渡、恐 袭击等攻击性入侵。
四、物联网在公共事业中的应用
1、智能交通：通过cPs定位系统，监控系统，可以查看车辆运行状态，关注车辆预计到达时间及车辆的拥挤状态。
2、平安城市：利用监控探头，实现图像敏感性智能分析并与110、l19、l12等交互，从而构建和谐安全的城市生活环境。
3、 城市管理：运用地理编码技术，实现城市部件的分类、分项管理，可实现对城市管理问题的精确定位。
4、环保监测：将传统传感器所采集的各种环境监测信息，通过无线传输设备传输到监控中心，进行实时监控和快速反应。
5、医疗卫生：远程医疗、药品查询、卫生监督、急救及探视视频监控。
参考资料来源：百度百科——物联网
参考资料来源：人民网——我国在物联网前沿领域实现领跑
物联网时代：物联网的十大应用领域（上）地址： 物联网时代：物联网的十大应用领域（上）
目录：
（上）
一、物联网应用概述
二、物联网应用领域划分
1智能物流
2智能交通
3智能家居
4环境监测
5金融与服务业
（下）
6智慧医疗
7智慧农业
8智慧工业
9智能电网
10国防军事
6智慧医疗
健康 对个人来说非常重要，但人生病是不可避免的，如何使人们少生病、生小病、生病后能及时诊断和治疗成为目前卫生领域的重大课题。
物联网在医疗卫生方面的广泛应用可以解决上述问题。目前可穿戴设备早已出现在市场上，他的出现可以使得人们及时了解自身如呼吸、心跳、血糖等一系列生理参数，这些参数可与正常生理参数相比对，为人们提供 健康 辅助信息与建议；同时这些参数可以上传到医疗信息中心，一来为个人建立一个实时的 健康 参数库，二来可以通过这些参数自动诊断 健康 状况，从而使人们达到少生病、生小病、生病后能及时诊断和医疗的目的。
目前，看病难困扰着整个卫生系统，其原因是医疗资源的分配不公。采用物联网技术可以解决医疗资源分配不公的问题。通过物联网采集的病理数据可远程传输给权威医疗机构，专家通过对这些数据的分析可诊断病情，提出医疗方案，在远端的病人可根据医疗方案，由当地医疗人员处置。这样就保障了优良医疗资源的高效应用。
目前有很多精确度很高的手术如一些神经外科手术都需要 *** 作专门的仪器来进行手术， *** 作便是传感层接收的信息，仪器内嵌入的系统根据接收的信息通过特定的程序执行特定的 *** 作。理论上来说，信息可以由仪器本身自带的传感器产生，也可由远程端发送来信息，这样一些难度极大的手术便可由专家通过远程 *** 作来完成。然而现实中由于手术需要的实时性与网络传输信息的延迟性，这一设想还无法实现。5G技术的出现让这一设想成为可能。
物联网的应用还可以减少排队就医的时间，病人可通过物联网终端以及病情的缓急来预约就诊时间，就诊后可用移动支付的手段减少付费的麻烦，附着在药品上的RFID标签可以极大地减少药品的误服率，保障了用药安全。
（值得一提的是，作者所在的团队的项目便是一个智能医疗的项目，是一个关于康复医学的项目，主要用来帮助骨折患者的恢复以及防止二次骨折的可能。）
7智慧农业
物联网在农业上的应用可以使得农业生产更加智慧。在农田里部署的无线传感器网络实时采集田地里的水、肥等与农作物生长有关的参数，及时控制农作物生长所需的各种环境使得农作物的品质更高。
物联网中的大数据分析与数据挖掘技术可以用来指导农户科学地生产、种植，从全局考虑种植与需求，以保证丰产丰收。
在养殖方面，RFID标签可植入动物体内，动物的全生长过程均存于监控之中，这样可以保障动物肉品的全方位可追溯，保障了食品的安全。
（如果有机会的话，我会写一篇一个基于物联网技术的大棚无人种植智能监控系统方案）
8智慧工业
物联网与工业的融合应用产生了智慧工业，工业从大规模的生产逐渐演变成了个性化生产。企业从供应链的角度出发，通过虚拟现实知道用户消费和订购，将用户的个性化需求通过物联网实时传送到企业的生产线上，通过工业的自动控制技术，在一个生产线上可生产不同的个性化的产品，从而提高了企业的竞争力。
物联网与3D打印技术的结合，使得工业生产“可见即可得”。通过各种感知技术将用户想象的个性化产品图形化，图形化的虚拟产品可通过3D打印变成实际产品，这样就加快了产品研发、生产的速度，更快速地响应用户需求，提高企业的效益。
9智能电网
智能电网来源于电力自动化，其目标是在保障电力系统可靠性的同时，以更加经济的方式合理调配电能，使得电力企业和用户获得满意的效益。
电能是由其它如水力、火力、核能等能源转化而成的，它是一个无法存储的能量，因此多发电会产生浪费，少发电则供电不足。采用物联网技术后，电力企业可以通过在每个用户的用电设备上部署传感器，实时获得其用电信息，将该用电信息传送给电力企业，企业就可以及时调整发电量，以保障用电需求。另外，企业也可根据这些信息以及感知到的其他与 社会 生活、生产有关的信息，估算出用电需求量，依据需求量可有计划地安排发电所需的煤、油等发电物料，以保障企业的经济效益。
此外，用户可根据自身经济状况，合理安排用电时间，在用电高峰期时，由于此时电价高，可减少用电，当在用电低谷时，由于电价较低，可加大用电量。采用物联网技术，电力企业和用户可以全面感知用电情况，准确获得用电的高峰和低谷信息，指导企业和用户，使双方均获得较好的经济收益。
10国防军事
物联网在国防军事上有着广泛的应用。全面的感知可获得战场上的全面情况，为合理部署战斗力量提供了保障。现代战争是一个精确打击的战争，感知了全面战场信息就获得了精确打击的对象，火力能有效地打击敌人，保护自己。全面感知还可以有效地调配战斗资源，合理分配各种轻、重及远程火力、战斗人员和后勤保障。
在国防军事上，通过各种地面、空中、海洋、空间感知设备获取全方位的信息，这些信息与武器互连，从而形成了强大的武装网络和战斗力，为我国的国防现代化做出了巨大的贡献。
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