项目来了丨今天，我们来聊聊物联网里的潜力网红“LoRa”

一台台胖嘟嘟的机器人，在仓库中灵活穿梭，智能避障，把货物所在的货架送到拣货员面前。它们的大脑通过网络与云端互联。云端上，机器人所在的位置和障碍物的位置可以共享，仓储机器人与仓储机器人之间，仓储机器人与障碍物之间通过这张网进行信息互换，从而实现避障。（延伸阅读：项目来了丨把“大脑”放云端，让机器人丢掉“外挂”也能有超能力）

这就是物联网的样子，每个物品都能以特定方式“发声”，和其他物品“对话”。

（物联网的市场规模不断扩大，数据来源：网络解决方案供应商思科）

那么，物体的“声音”是怎么被听见的？中科院深圳先进院“传递声音”的工程师林进挚博士，致力于研究在物联网中运用前景最为广泛的网络技术LoRa。林进挚介绍，这项技术相当于一个透明的传输中继，它负责连接节点，也就是物体本身和采集、储存数据的中心网络服务器。它相比其他同类型技术，成本更低，效率更高。

经过2G、3G、4G技术的不断发展，我们上网的速度越来越快。4G时代到来后，手机看视频基本不会卡顿了。目前，5G即将进入商用阶段，下载高清电影也将变成一眨眼的事儿。对于通信技术来说，技术提升最直接的表现，就是速度。

但物联网对通信网络的要求，和我们经常接触的互联网则不太一样。对于移动互联网来说，网速要快，手机电池续航时间要长。但现实情况往往是看个视频，玩个王者农药，手机就没了一半的电。对于物联网来说，比较看重的则是信号覆盖范围要广、终端设备能耗要低、可接入节点数量要大。试想一下，如果连接物联网的设备都像手机这么耗电和高价，成本就会很高，要做到万物互联就很难。至于物联网的速率要求方面，终端传感器往往发送单个数据包时只需传输几个字节就行，较低速率即可满足需求。

（团队把温湿度传感器安装在瑞吉酒店和丽思卡尔顿酒店，从图中可以看到不同储存冻库实时的温湿度数据。动图来源：深圳先进院）

“比如说某个空间某块土地的温湿度、土壤的含水量和酸碱度，一个房间里的温湿度这样的数据，一般就几个字节大小。” 林进挚说，物联网数据量“小”是指单个节点单个数据包的数据量一般比较小，但是网络可接入节点数量很大，单个节点的历史数据的叠加以及多个节点的数据包累计起来就是大数据，前者是单次采集和传输，后者则是一个累积和叠加的过程。

这种符合物联网通信特性要求的网络被称为“低功耗广域网”（LPWAN），LoRa则是LPWAN家族中的一员。它负责物联网中终端节点数据的接收与发送，通过具有互联网接入能力的网关收集信号覆盖范围内所有节点的数据，并把数据转发至网络服务器（云端）进行存储以供应用服务器分析展示，网络服务器还可以对终端与网关进行设备管理与通信参数调整。

（LoRa是LPWAN家族中的一员，从图中可以看到LPWAN和其他网络相比在通信覆盖距离、能耗以及信号穿透力方面都具有优势。）

林进挚介绍，属于LPWAN家族的LoRa与LPWAN以外的其他网络技术相比，具有抗干扰强、隐蔽性好、功耗低、通信距离长的特点，这也就是说LoRa采集数据的成本更低，传递数据的效率更高。

下面就以农场和智能电表这两个场景说明LoRa是物联网“潜力股”的原因。

（林进挚团队之所以研究LoRa技术，正是因为它们看到了这项技术能够填补其他技术所不能覆盖的空白。）

人工放牧是畜牧业里最原始、最直接的办法，但这不仅需要大量人力资源，也不便于对牛、羊等进行管理。如果用物联网管理农场，效率可以得到很大的提升。一只羊、一头牛、一定区域内的土地等物体都是物联网中的一个个节点，牲畜通过传感器感知的身体状况，土壤通过传感器传递的温湿度、酸碱度等数据。农场主通过网络就可以掌管这一切，并据此运用大数据与智能分析算法做出合理有效的管理决策。

但一旦涉及到网络，问题就来了。农场通常在偏远地区，不一定在4G或是GPRS网络覆盖范围内，而就算农场在这些非LPWAN网络的覆盖范围内，因为通信距离不够长，它们需要网络的基站密度高，这就增加了基础设施建设的成本。还有一个问题就是，若真的用4G网络实现物联网管理，物联网设备需要的上网费用以及耗电量都会大大增加管理成本。

林进挚团队之所以研究LoRa技术，正是因为它们看到了这些应用场景中的痛点。

一个运用LoRa通信技术的网关可以管理郊区15公里范围以内，城市密集区域2～5公里以内的物体节点数据，单个网关可接入成千上万个节点。对于温湿度节点来说，使用LoRa通信芯片，以每小时一个数据包的发送频率，两节普通干电池就可以连续工作两年以上，且硬件成本也可得到大幅降低。

如果用农场的例子难以理解的话，我们可以看看智能电表的应用场景。

在一个电表接入网络的小区里，每个电表相当于一个节点，每户居民每天的电表读数会更新到网络服务器（云端）上，目前传统技术上采用的通信手段，每层楼楼道里都需要安装一个中继器，数据包要多次跳中继传递才能到达最终储存数据的服务器。而采用LoRa技术，只需在楼顶安装一个广域覆盖的支持LoRaWAN的网关，而每层楼就不再需要安装中继器了，小区内每个节点都在它通信距离范围内，节点数据可以直接传输到服务器上。

这相当于以前需要一个层长管理每一层的电表数据，但现在只需要一个楼长就能把一整栋楼的电表数据采集和储存起来了。

说到这里，我们也该提提与LoRa同家族，并且在最近两年很火的NB-IoT技术了。它和LoRa有非常多的相似之处，但不同之处在于它是运行在商用授权频段，通信距离较LoRa要短，它目前垄断在国内各移动通信运营商手里，若使用NB-IoT进行物联网信息传输，使用者需要交付一定费用才能接入网络以获得想要的数据。

这也是LoRa具有“潜力股”资质的原因，它不仅具有抗干扰强、隐蔽性好、功耗低、通信距离长的特点，使用起来还更加自由，比较适用于对数据安全敏感的应用需求，适合组建私有网。

（由这张图可以看出，LoRa在功耗和覆盖距离上比NB-IoT更具优势。）

林进挚团队自2015年以来一直密切关注LoRa技术，基于LoRaWAN开发了一套包含软硬件在内，从节点到网关到云端网络服务器与大数据处理平台的完整物联网解决方案。随着物联网应用需求和市场规模的不断扩大，LoRa的应用场景也将会越来越广。