物联网应用技术开发——LoRa
LoRa技术具备远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。编程
目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括43三、86八、915 MHz等。后端
LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、网络服务器以及应用服务器组成。应用数据可双向传输。安全
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，链接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通讯。全部的节点与网关间均是双向通讯。服务器
LoRa终端设备网络
LoRa的终端节点多是各类设备，好比水表气表、烟雾报警器、宠物跟踪器等。这些节点经过LoRa无线通讯首先与LoRa网关链接，再经过3G网络或者以太网络，链接到网络服务器中。网关与网络服务器之间经过TCP/IP协议通讯。架构
LoRa网络将终端设备划分红A/B/C三类：异步
Class A：双向通讯终端设备。这一类的终端设备容许双向通讯，每个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输时隙是基于其自身通讯需求，其微调基于ALOHA协议。ide
Class A设备的功耗最低，基站下行通讯只能在终端上行通讯以后大数据
Class B：具备预设接收时隙的双向通讯终端设备。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，经过Beacon将基站与模块的时间进行同步。设计
Class B终端可使基站知道终端正在接收数据
Class C：具备最大接收窗口的双向通讯终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。Class C设备拥有最长的接收窗口，也最耗电
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，竞争与合做的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。
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。这一技术能够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，如安全双向通信、移动通信和静态位置识别等服务。该技术无需本地复杂配置，就可让智能设备间实现无缝对接互操做，给物联网领域的用户、开发者和企业自由操做权限。
LoRa 对比 NB-IoT
咱们在以前的文章中介绍过NB-IoT，同时做为物联网无线通讯技术，NB-IoT和LoRa两种技术具备不一样的技术和商业特性，因此在应用场景方面会有不一样。
目前从产业的发展来看，已经造成了由芯片、模组、终端、通信设备、平台、运营商和应用这七大环节组成的完整产业链，将NB-IoT和LoRa作下对比：
频段，服务质量和成本
LoRa工做在1GHz如下的非受权频段，故在应用时不须要额外付费。NB-IoT和蜂窝通讯使用1GHz如下的受权频段。处于500MHz和1GHz之间的频段对于远距离通讯是最优的选择，由于天线的实际尺寸和效率是具备至关优点的。
LoRaWAN使用免费的非受权频段，而且是异步通讯协议，对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa 和 LoRaWAN 协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具备独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议同样的服务质量（QoS）。
据悉受权的Sub-GHz频段的竞拍，每MHz价格超过5亿美金。蜂窝网络和NB-IoT出于对服务质量（QoS）的考虑，并不能提供相似LoRa同样的电池寿命。因为QoS和高昂的频段使用费，须要确保QoS的应用场景推荐使用蜂窝网络和NB-IoT，而低成本和大量链接是首选项的话LoRa是不错的选择，以下图。
电池寿命和下行延迟
蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率，相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN节点是为了低成本和长电池寿命而生，在频段利用率方面有必定的欠缺。
关于电池寿命方面有两个重要的因素须要考虑，节点的电流消耗（峰值电流和平均电流）以及协议内容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议，也就是说节点能够根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须按期地联网。
例如，如今市面上的手机工做时每1.5s必须与网络进行同步。在NB-IoT中，这种同步变少可是仍然在按期进行，这样就额外的消耗了电池的电量。
在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段，可是从节点的角度这并非有效的。蜂窝的调制（OFDM或者FDMA）须要一个线性的发射器来产生调制信号，而一个线性的发射器须要的峰值电流比非线性调制多几个数量级，越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。
但同步的通讯协议在较短的下行延迟方面具备优点，同时NB-IoT能够为须要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而LoRaWAN的Class B 经过按期地（编程实现）唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通讯的延迟。
因此对于须要频繁通讯、较短的延迟或者较大数据量的应用来讲NB-IoT或许是更好的选择，而对于须要较低的成本、较高的电池寿命和通讯并不频繁的场景来讲LoRa更好。
设备成本,网络成本和混合模型
对终端节点来讲，LoRaWAN协议比NB-IoT更简单，更容易开发而且对于微处理器的适用和兼容性更好。NB-IoT的调制机制和协议比较复杂，这就须要更复杂的电路和更多的花费，同时NB-IoT和3GPP同样是要收税的。
现阶段对于一部手机的税费大概是5美圆，但这对于物联网设备来讲显得太昂贵了，并且若是贸然的下降税费会引发手机等移动通讯市场的价格混乱。因此3GPP组织如何权衡IoT和移动通讯两方面税费问题也个大问题。
低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经能够在市场上找到了，而且升级版还会接踵而至。LoRa联盟没有过多版权和税费的限制使得在LoRa产业链下模块低于4美圆是十分可观的。如今市场上的LoRa模块价格通常在7-10美圆，可是随着技术的成熟度提升4-5美圆并非大问题。而如今一个LTE模块的价格却很难低于20美圆。
相对于传统的只依靠“铁塔”部网，对于IoT和LPWAN来讲部署须要使用不一样模型以下降支出和运营成本。LoRaWAN部署花费更少，由于能够利用传统的信号塔、工业基站甚至是便携式家庭网关来进行。
现阶段一个塔式的基站价格大概是1000美圆，工业基站价格低于500美圆，而家庭式的网关只须要100美圆左右。可是对于NB-IoT来讲，升级现有的4G LTE基站的价格保守估计每一个很多于15000美圆。
LoRa 和NB-IoT 的应用场景
没有一种技术能够同时知足IoT应用的全部需求。下面将经过几个具体的应用实例来分析NB-IoT 和LoRa 各自适合的应用场景。
A：智能电表
在智能电表领域相关的公司和部门须要高速率的数据传输、频繁的通讯和低延迟。因为电表是由电源供电的，因此并无超低功耗和长电池使用寿命的需求。而且还须要对线网进行实时监控以便发现隐患时及时处理。
LoRaWAN的ClassＣ能够实现低延迟，可是对于高传输速率和频繁通讯的需求NB-IoT是更适合于智能电表的选择。而且电表通常安装在人口密集的地区的固定位置，因此对于运营商部网也较为容易。
B：智慧农业
对农业来讲，低功耗低成本的传感器是迫切须要的。温湿度、二氧化碳、盐碱度等传感器的应用对于农业提升产量、减小水资源的消耗等有重要的意义，这些传感器须要按期地上传数据。
LoRa十分适用于这样的场景。并且不少偏远的农场或者耕地并无覆盖蜂窝网络，更不用说4G/LTE了，因此NB-IoT并不如LoRa同样适合于智慧农业。
C：自动化制造
工厂机器的运行须要实时的监控，不只能够保证生产效率并且经过远程监控能够提升人工效率。在工厂的自动化制造和生产中，有许多不一样类型的传感器和设备。
一些场景须要频繁的通讯而且确保良好的服务质量（QoS），这时NB-IoT是较为合适的选择。而一些场景须要低成本的传感器配以低功耗和长寿命的电池来追踪设备、监控状态，这时LoRa即是合理的选择。因此对于自动化生产制造的多样性来讲，NB-IoT 和LoRa都有用武之地。
D：智能建筑
对于建筑的改造，加入温湿度、安全、有害气体、水流监测等传感器而且定时的将监测的信息上传，方便了管理者的监管同时更方便了用户。
一般来讲这些传感器的通讯不须要特别频繁或者保证特别好的服务质量，同时便携式的家庭式网关即可以知足须要。因此该场景LoRa是比较合适的选择。
E：零售终端（POS）
零售终端（POS）系统每每须要较频繁和高质量的通讯，并且这些设备一般有专门供电的设备，因此对于较长的电池使用寿命没有要求。同时对于通讯的时效性和低延迟要求较高。因此出于以上考虑NB-IoT比较适合于本应用。
F：物流追踪
追踪或者定位市场的一个重要的需求就是终端的电池使用寿命。物流追踪能够做为混合型部署的实际案例。物流企业能够根据定位的须要在须要场所部网，能够是仓库或者运输车辆上，这时便携式的基站便派上了用场。
LoRa能够提供这样的部署方案，而对于NB-IoT来讲追踪范围过大基站的铺设是很大的问题。同时LoRa有一个特色，在高速移动时通讯相对于NB-IoT更稳定。出于以上的考虑，LoRa更适合于物流追踪。
一项技术由纸面到商用离不开一个强大生态系统的支撑。长期以来，物联网链接技术各自为战，从芯片到系统各方采用的规范不一，形成大规模部署的瓶颈。
现在，中国电信、中国移动、中国联通、华为与高通等运营商的陆续部署逐渐构建起了支撑NB-IOT技术产业的生态系统，而Orange、软银、Senet和Comcast等各国主流运营商的纷纷运用也使得LoRa技术行业的生态已初步成型。
两项技术均在持续扩大中，使之拥抱万物互联的条件慢慢开始成熟。大量的供应商与运营商也在不断的展开试点，相信往后NB-IoT与LoRa的互补发展将大大推进物联网技术的革新与进步。