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Loran 与 LoRaWAN 的教训启示

Loran 与 LoRaWAN 的教训启示

如果混淆了基于无线电的 LoRaWAN 和基于无线电的 Loran,后果不堪设想。这两种技术虽然都涉及连接和通信,但其应用背景和发展历程却大相径庭。
Loran,全称为远程导航系统,起源于二战时期。它依靠地面发射塔组成的全球网络,同步向接收器发射无线电信号。接收器通过比较不同发射塔信号的到达时间,精确确定地理位置。尽管 Loran 在技术上堪称经典,但随着卫星导航系统的崛起,特别是全球定位系统(GPS)的广泛应用,Loran 逐渐淡出历史舞台。
相比之下,LoRaWAN(长距离广域网)则是近年来迅速崛起的物联网通信技术。它工作在 863 – 928 MHz 的频谱范围内,采用独特的物理层协议,实现了在城市环境中数公里、农村环境中超过 10 公里的数据传输距离。LoRaWAN 的优势在于其低成本和高效率,特别适用于农业、公共事业和工业跟踪等物联网应用。
LoRaWAN 的成功并非偶然。其不依赖于卫星的特性,使得它在某些应用场景中比基于蜂窝网络的 NB-IoT 和 LTE-M 更具优势。此外,LoRaWAN 使用非许可频谱,降低了部署成本和监管门槛,吸引了众多企业和政府的关注。
然而,LoRaWAN 的崛起也引发了对技术多样性的思考。NB-IoT 和 LTE-M 虽然使用授权频谱,但提供了更高的数据传输能力,适用于智能建筑、可穿戴设备等高数据量应用。Sigfox 则以其低功耗和低成本特点,在系统监控和简单位置跟踪领域占有一席之地。
技术发展的历史告诉我们,单一技术的垄断并非最佳选择。Loran 的消逝提醒我们,过度依赖某一种技术可能会带来风险。LoRaWAN 的兴起则展示了技术创新的巨大潜力。未来,多种技术的共存与互补,将为物联网的发展提供更广阔的空间。
在这个多元化的技术时代,我们需要保持开放的心态,理性看待每一种技术的优缺点,才能更好地应对不断变化的挑战,推动科技的进步与应用。

如果混淆了基于无线电的 LoRaWAN 和基于无线电的 Loran,后果不堪设想。这两种技术都是关于连接和通信技术如何成为胜出,而其他技术如何被无情抛弃的精彩故事。虽然 Loran 已让位于依赖卫星的解决方案,但 LoRaWAN 在某些应用中的使用率却远远超过了 NB-IoT、Sigfox 和 LTE-M。但是,支持弱势系统作为用例替代品和强大的后备系统也是有价值的。

大约 20 年前,美国国土安全部停用了被称为 Loran 的远程导航技术,美国开始主要依赖基于卫星的全球定位系统 (GPS) 和雷达进行海上和航空导航。二战时期的 Loran 系统使用由地面发射塔组成的全球网络,同步向接收器发射无线电信号;接收器再比较距离最近的发射塔发出的信号到达时间,以惊人的精确度确定地理位置。

许多安全专家和通信爱好者都对 Loran 的消逝表示惋惜,因为它曾经提供了一种简单而强大的陆基导航备份,而没有卫星系统那样的任何漏洞。数字 eLoran 的替代品未能赢得广泛关注。

具有讽刺意味的是,被称为 LoRaWAN(长距离广域网)的技术目前正在其应用领域挤掉其他竞争技术。

图 1:上一代 Loran(Loran-C)运行时使用 90 – 110 kHz 频率范围来支持数据提取。LoRaWAN 使用 863 – 928 MHz 频率范围传输数据。(图片来源:Lisa Eitel)

LoRaWAN 是一种高效通信技术,类似于低数据量的长距离 Wi-Fi,适用于农业、公共事业和工业跟踪应用领域的物联网设备。简而言之,这种技术在 863 – 928 MHz 的窄频谱上(具体频率取决于地区)采用物理层协议的无线信号,在城市环境中的数据传输距离可达输数公里,在农村环境中则可传输 10 公里以上。围绕中心频率的调制以相对无干扰的方式传输数据,甚至可以传输数公里并穿过各种结构。

工业领域和政府部门一直在稳步采用这种技术,尤其是在过去十年中。基于 LoRa 的 LoRaWAN 解决方案比基于蜂窝网络的解决方案更具成本效益,部分原因是 LoRaWAN 的运行不依赖于太空中的卫星。此外,之所以 LoRaWAN 的网络组件经济实惠,是因为它将 LoRaWAN 功能赋予了设备。此外,LoRa 技术使用非许可无线电频率,这意味着组件供应商可以部署解决方案,而不必像其他解决方案那样面临监管约束。

图 2:SX1250 sub-GHz 射频芯片与 Semtech 的 SX1302 基带引擎配合使用,可让工程师为点对点或本地网状 LoRa 网络或功能更强大、覆盖范围更广的 LoRaWAN 网络设计网关。它们覆盖了 1 GHz 以下的任何频段,支持使用物联网应用所采用的各种免许可频段。(图片来源:Semtech Corp.)

LoRaWAN 在无线物联网通信中的主导地位日益增强,在某些应用中已经挤掉了基于蜂窝的窄带物联网(NB-IoT)和 LTE-M。事实上,LoRaWAN 似乎还战胜了 Sigfox。

The Cautionary Tale of Loran and LoRaWAN
图 3:使用了一种 LoRa 调制技术,该射频收发器的灵敏度超过 -148dBm。加上集成的 +20-dBm 功率放大器,使其成为适用广泛的高性价比解决方案。(图片来源:Semtech Corp.)

NB-IoT 和 LTE-M 都使用授权频谱和蜂窝传输技术,数据传输能力分别高达 250 kbps 和 1 Mbps。它们可在远距离范围内运行,功耗仅略高于其他物联网协议选项,可为智能建筑、公用事业接口、可穿戴电子设备和资产跟踪器提供连接。

与 LoRaWAN 一样,高效 Sigfox 使用非授权频谱,以 100 – 600 bps 的速度传输数据,适用于间歇性低数据应用,如系统监控、远程机器报警、系统和简单的位置跟踪。但由于其使用量少,Sigfox 陷入了财务困境。总部位于新加坡的 UnaBiz 现在拥有 SigFox,并在去年宣布了几项新发展。

值得庆幸的是,我们从未见过因蓄意破坏、太空碎片或其他涉及太阳耀斑电磁效应(如辐射和地磁暴)的太空天气而导致的大规模通信卫星故障。因此,我们对这些卫星导航的过度依赖(以及对老式 Loran 卫星的弃用)并未受到质疑。此外,LoRaWAN 的标准化也没有出现明显的漏洞。然而,当 Sigfox 等精妙的系统进入竞争时,对各行业都有好处。

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