由认识到应用——物联网LoRa技术性能分析

在这之前，我们通过《从陌生到认识——LoRa技术》知道了LoRa，在这之后，我们或许可以将LoRa技术落地应用。

首先，什么是LoRa网关？ 网关功能和大小都和WIFI路由器差不多，它用来接收节点（终端）发射的数据，然后通过互联网把数据转送到LoRa应用服务器。

常用的LoRa网关芯片有：

以 Dragino 网关为例，Dragino LG08 网关使用了一个网关芯片（SX1301)，两个射频前端芯片(SX1257)，可以同时监听8路+1路LoRa信号，接收灵敏度为 -140dBm，支持LoRaWAN协议标准。

大部分网关的设计都可以同时接收8 路不同射频频率的信号

因为，LoRa网关有8个LoRa信号接收信道，这信道好比马路上的车道，如果马路有八条车道，即可以同时实现八辆车并排通行，如果要求每一种类型的车仅能行驶在固定的车道，那么，八车道的马路同时并排的八辆车必须是不同类型的，LoRa网关也如是，它只能同时接八种不同类的信号（频率和SF不同），如果同一时间有大量节点发射数据，网关的信道被占满后，会放弃其他多余的信号。

LoRa信道冲突是很常见的，所以节点发射信号要有协议规定，例如信号占空比，每个节点每次发射信号占用的时间不能超过规定的时间，否则视为不遵守规则。 网关可以通过硬件设计方式，例如添加节点芯片，实现LBT——listen-before-talk，LBT的作用是监控信道是否被占用，在某些国家（日、韩）是强制要求网关实现这个功能的，因为这些国家面积小，人口又比较多，通信频道容易拥塞，使用LBT能提高信道效率。

网关容量的计算比较复杂，如果终端按每3分钟发射一次数据，数据长度为50B去估算，网关接纳终端的数量是900个左右。

具体要计算网关接纳终端的容量，受很多因素制约，其中至关重要的是通道多址接入控制协议，多址接入协议分类有：
1固定多址接入，典型的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。
2随机多址接入，靠随机数控制，典型的协议有ALOHA, CSMA。
3基于预约的多址接入，数据发射前先进行通道预约，原理和日常预约挂号差不多。

LoRaWAN一般有8路信道，每路信道是相互独立的，我们只要分析其中一路信道，计算其容量，再乘以8就可以计算出网关的容量。
以Dragino LG08网关的其中一个信道为例进行分析，首先，需要统计网关覆盖区域内的所有终端节点的发包长度、ADR后的扩频因子、发包频率这些参数。通过LoRa计算工具（计算公式）计算出LoRaWAN模式下不同扩频因子对应的传输速率，并计算出每个终端节点的每个包的飞行时间，然后进行加权平均和数据处理。

处理方法如下：

很明显LoRa的网关容量是足够大的，物联网节点设备每天的发包率大多数都很低，一个Dragino LG08网关每天可以支持几十万（粗略估算 )条上行数据，计算公式： 。

如果考虑下行数据，上行的数据包总量会有所减少，大概会减少 20%~50%的上行数据容量。

如果使用Dragino的新款网关LIG16（SX1302方案），上述数据容量会明显增大，1302的信道的吞吐量要比1301大 倍。

基本上，LoRaWAN网络的信道容量是足够的，网关布置的关键是要考虑信号的覆盖问题。

LoRa节点芯片亦发展到了第二代，第一代为SX127X系列，第二代为SX126X系列，新产品性能必须要比旧产品性能好，SX126X对比旧版的优势有：

可以通过使用温补晶体或电路开槽的方案解决。

空中飞行时间可以通过公式计算得到：

是单个码元的时间， 是数据包码元总数。

数据包长度值最小是1B，最大长度需要满足国家地区无线电规范。 需要注意的是，每增加1B长度的数据，其空中飞行时间不会连续增加，而是增加一定字节的数据后一次性增加时间。

这是因为数据发射前要经过LoRa芯片的交织编码处理，而交织编码器有一定的容余空间。

例如在 SF = 7 的配置下，交织器的容量是 ，其中有 是有效载荷， 发送1B~3B的数据都是用5个码元，发送4B数据时，就要10个码元数，而10个码元可以容纳56b（7B）有效载荷。

LoRa通过无线电波传输，无线电波从发射天线发出，沿不同途径和方式到达接收天线，传输到达的距离远近和电波的频率、极化方式、传播的路径等有关。

电波的理想路径是在真空传输，没有阻挡，舒舒服服。
在实际的应用环境中存在各种障碍物，使电波的传播产生反射、绕射和衍射等非理想传输方式，造成距离计算的多样性和复杂性。

无线电波极限距离可以用公式表达为：

弗里斯传输方程是讨论，在自由空间的一个射频发射和接收系统中，发射功率、接收功率与天线增益、传输距离之间的关系。

当发射天线与接收天线的方向系数 都为1时，设发射天线辐射功率 与接收天线的最佳接收功率 的比值为 ， 得公式：

D=1时，无方向性发射天线的功率密度：

D=1时，无方向性接收天线的接收面积：

该天线的接收功率为：

于是自由空间传播损耗为：

当电波频率提高一倍或距离增加一倍时，自由空间传播损耗分别增加6dB 。
如果考虑天线增益影响，发射天线增益系数为 ， 接收天线为 ，可以导出公式：

这就是弗里斯传输公式 ，它还有很多变形，利用公式可计算收发设备间的最远工作距离 。
电磁波传播过程中存在额外衰减，定义为衰减因子：

相应的衰减损耗为：

A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗：

在路径传输损耗 为客观存在的前提下，降低链路传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增益系数。

链路预算用来估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最远距离。

一个系统中链路预算等于其发射机的最大输出功率与接收机最高灵敏度的差值，用dB表示。当系统的链路预算大于路径损耗时，可以实现通信。

接收信号强度（RSSI）常用 表示， 用来判断链接质量，其表达式为：

理论上两颗简单的SX1262芯片就可以实现地球和月球之间的无线通信。

实际应用可以通过增大发射功率或者改善天线架设环境等措施去增加无线传输距离。

LoRa技术的性能大体讨论到这里，更高深的知识还待去学习更新。

物联网设备是指能够进行网络无线连接并且具有数据传输功能的设备。物联网将传统的互联网设备连接扩展到物理设备和物品之间的连接，通过传感器将数据传达给相关用户。物联网设备可以分为三大类：消费类物联网设备、工业类物联网设备和企业类物联网设备。

消费类物联网设备包括智能家居、智能电器、智能玩具和智能可穿戴设备等。例如在智能家居中，设备可以感应到人的存在，当一个人回家时，温度调节设备已经调节好室内温度，照明设备自动打开，且达到一个适合的亮度，扫地机器人也可以自动启动进行卫生清洁工作，提高了人们的生活质量。

工业类物联网设备主要用在工厂和其他的工业场所。大部分的工业物联网设备是用来监视生产线和制造过程，传感器将数据传输到监视系统，可以保证生产流程的正常运行，还可以预测更换零部件的时间，保证生产的顺利进行。如果发生故障，系统可以及时通知技术人员故障问题以及解决方案，为生产节约了时间。

企业类物联网设备的种类是多样的，主要用于维护设施和提高企业运营效率。例如智能设备可以帮助企业举行会议，会议室中的智能传感器可以帮助安排会议可用的房间，选择房间的大小和类型，当举行会议时可以自行调节温度和适合的灯光等。

如今安全问题是阻碍物联网设备发展的一大阻力，由于现在的物联网设备都需要接入网络，那么设备就会处在一个开放的环境中，如果受到网络病毒和黑客的攻击，造成数据的损失，可能会造成生命和财产的损失，这让用户对物联网设备的使用产生了顾虑。沐渥 科技 认为在物联网的发展中，我们可以通过加快技术更新力度、进行多重可靠的身份认证、完善的加密措施、网路环境的净化和多层次的防御措施来保护物联网设备的安全。

想要抓住未来的商业趋势，就要认清商业的发展变化的规律，因为每隔10年，市场都会发生一次大的变革，能够提前觉察到趋势的人，都可以通过提前布局抢占先机。

如在PC时代流量红利期，可以靠电商平台和流量红利，颠覆实体的获客方式和销售方式，所以在15年前布局电商的都抓住了趋势。

但到了互联网下半场，流量红利消失以后，想要生存和发展，必须要提前布局，打造个人IP、通过粉丝去实现持续盈利。

从互联网的发展对商业的影响变化，可以看出、想要成功不但是靠努力、趋势也很重要。所以想要抢占未来10-30年的机会，必须要认清下一个趋势，抓住物联网时代的机遇。

1、获客入口与消费场景的变化

2、物联网时代的购物场景

3、物联网的交互场景和消费场景

一

不论是在传统商业模式中，还是在PC、移动互联网，以及物联网时代，主要是在抢占用户的入口，通过改变人的消费习惯，而颠覆整个商业生态。

以传统商业未来，想要获得更多的客户，主要看的是实体店的位置，想要让业绩倍增，最快的方式就是连锁。只有获取的客户多了，才能通过规模效应，降低供应链成本，提升品牌溢价能力。

当人们都沉浸在渠道为王的时代中，聪明的人已经开始布局互联网。就如在1990年—2000年期间，做电器起家的电商平台一样，在线下肯定是无法与当时的、线下家电零售大佬抗衡，但借助互联网的优势，就可以颠覆传统市场。

因为线上通过一个平台，就可以获取全国各地的流量，不需要开连锁，一样可以实现连锁效果，可以通过网络作为最大的入口。那么积累大量用户以后，不但可以通过卖货盈利，而且可以通过金融、物流赚钱。

在流量红利期不但平台可以颠覆传统的商业巨头，普通人一样可以借助红利，借助电商平台，实现逆袭，在15年前就布局电商的人，商人几乎都赚的盆满钵满。

那么当人们还沉浸在搜索信息流和平台电商的时代，新的商业形态又兴起了。就是以内容为王，带动商业的发展时代。

因为当市场上产品泛滥成灾，人们满足了物质需求以后，开始追求精神需求。那么这个时候消费者更多会停留在内容场景，看文章、视频，那么社交媒体平台就是最大的入口，算法就是新的机遇。

这个时期不论做电商的还是，做实体的，都需要借助内容信息流去获客引流，吸引粉丝，塑造IP，实现持续的变现。

就如近2年，大家都在做短视频、直播带货，都是在通过内容入口，改变购物场景和商业形态。但任何趋势和机遇，都并非一劳永逸，短视频直播带货，很快也会成为过去。

二

在未来最大的获客入口以及购物场景，不会局限于互联网平台，而是在物联网，未来每个可以通电、联网的机器，都将成为新的获客入口和消费场景。

那么未来的获客入口和商业形态，会出现这3种发展方向：物联网与入口，物联网与传感器，物联网与实体和后端工厂结合。

随着物联网的兴起，第一代物联网的购物场景，是通过物联网硬件为入口，通过APP作为使用平台，积累大量客户以后，可以把APP作为购物场景。

就是所有的物联网硬件电器，在使用之前都需要下载一个APP，把消费者导入APP以后除了获取用户的使用数据、以及用户反馈信息。而且可以通过APP，为消费者提供各种生活需求产品。

比如我们买了个烤箱、可以通过烤箱为入口，获取用户数据，不但可以推荐给消费者推荐其他的智能家居，而且还可以围绕消费需求，推荐和烤箱相匹配的产品。

就是通过前端引流，把产品作为入口，通过后端整合产业链，通过经营人，根据人的需求提供一系列的服务，是目前的趋势。

到了物联网购物场景的第二代，获客入口和购物场景就是智能硬件、不再需要APP，更不需要导流，智能硬件可以通过物联网和传感器、判断用户的购物需求。

在未来我们如果购买生活物资，那么最大的入口和消费场景，可能会是冰箱、冰柜而不是手机，这种购物场景会类似于现状送牛奶的一样。

就是冰箱等物体联网以后，可以通过传感器，了解到我们每个家庭或个人的消费情况，你冰箱里没有牛奶了，冰箱可以感应的到。

同时也会根据我们如此的消费和生活习惯，判断不同家庭消费数据，根据数据精准配送，匹配需求。

那么在未来物联网也会直接与实体结合，打破传统的电商购物场景，因为未来大多数厂家会直接与终端店合作，做个性化定制、个性化服务。

实体是获客入口和体验场景、物联网是数据收集的端口，工厂可实现智能化个性化生产。

比如我们想要购买一双鞋子，可以直接在同城的实体店，依托智能硬件，通过物联网和传感器，收集数据，可以把尺码和需求，通过物联网把大数据传输给智能工厂。

智能工厂可以根据人的需求，做个性的话定制，产品制造生产出来以后，会根据数据直接匹配配送给消费者，先有需求再做生产，让需求和供给精准匹配。

不会像现在的电商一样，需要在平台烧钱，打价格战，抢占有限的市场资源，而是从消费需求到智能工厂，让数据去解决销售环节中的痛点和问题。

三

在过去的20年，入口的竞争主要是电脑屏和手机屏，在未来30年的竞争入口将是 汽车 屏。这是因为车联网（物联网）和人工智能的兴起，未来不需要驾驶 汽车 ，那么在车上的时间人们就会去社交、去获取信息。

从移动互联网时代就可以看出这一点，人们有了智能手机以后，社交和获取信息的方式变了，直接会颠覆商业的精准格局。

因为当人们的时间都停留在手机上、消费内容、社交互动的时候、视频电商、内容电商、直播电商、社交电商就兴起了。

那么在物流网时代也是如此，如果人们的大量空闲时间不需要驾驶 汽车 ，那么 汽车 屏就是未来的社交平台、获取信息的渠道。就像现在人们坐地铁、不需要开车的时候，都会玩手机一样。

由此可见，在物联网时代，家庭消费将与智能家居入口结合、定制消费将与实体店结合，户外消费将与 汽车 屏结合。

根据TechNode评选，2015年国内最值得期待的Top 10物联网创新公司，是最被看好的10家正在“连接一切”新硬件创业公司。
2015年国内物联网创新经过近两年的积累，已经初成气候。物联网市场在中国被迅速开拓和发展，并且在智能家居、可穿戴设备、城市和汽车之间的互联，以及某些产业中产巨大的影响甚至是颠覆。而到了2015年，这10家企业或许代表着中国物联网创新的走向。
1小米
小米正试图在硬件行业中复制其在智能手机市场的商业模式，毕竟它在智能手机市场还是非常成功的。凭借物美价廉的智能手环在智能穿戴市场取得初步成功后，小米推出了100家硬件公司战略，企图通过这个战略来使小米能连接到更多的智能小工具的领域，譬如医疗保健（iHealth），智能家居（Ants，Yeelink）等等（前面括号中的是在智能硬件相应区域的产品供应商中的佼佼者）。该公司还宣布与中国家电巨头美达成战略合作伙伴关系。
2 Broadlink
Broadlink是智能家居解决方案的供应商，他们的产品主要面向物联网的无线网络连接。除了现有的智能插座和红外设备的远程控制，Broadlink也在发展丰富自身的产品，而这有助于传统家电制造商研发更智能的产品。 现在Broadlink的Wi-Fi解决方案已经被集成到小米的智能路由器。
3 Gizwits
Gizwits是中国物联网技术平台，它所做的工作是把家用电器和电子产品连接到互联网或智能手机上。 GizWits提供给物联网开发者一些数据分析和相关开发工具，譬如远程接入，通知，和OTA固件升级。该公司已经为智能家居设备推出了自助式软件开发平台Gizwits20和一个可编程微控制器板GoKit。
4 Ayla
Ayla中国网络公司是美国Ayla在中国的分公司，它为中国开关制造商提供云连接解决方案和HVAC等智能设备。今年得到的1450万美元的投资后，该公司进入中国市场采取了一系列动作:推出中国网站，与新浪合作来推广公司，加入了中国导演协会。该公司的CEO和联合创始人，戴夫•弗里德曼，认为中国将在这一领域引领世界潮流。
5 Lifesmart
Lifesmart是杭州的一家本土公司，主要从事智能家居设备的开发，其产品线包括智能控制中心，智能插座，监控摄像机，环境传感器等。
6 Yeelink
Yeelink帮助制造商打造智能产品，他们为制造商提供从硬件设计到移动应用程序的开发，从概念阶段到最初的产品的一条龙服务。
7 Landing
Landing科技是一家总部位于深圳的智能家居公司，致力于开发、生产和销售智能家居设备和可穿戴设备并且提供相关的技术支持。他们的“IVYLINK”和“Goldweb”品牌分别涵盖智能设备和网络设备及其配件。
8 Orvibo
Orvibo专注于物联网和智能家居设备。其产品线包括智能小工具，全数字可视门铃，并为成千上万的物联网终端提供智能服务云平台。该公司的旗舰产品Kepler是一台智能气体检测仪，它承诺保护您的家庭和亲人远离任何潜在的危险气体泄漏。
9 MXchip
MXchip在2005年年初成立于上海，主打方向是短距离无线网络技术及产品。
10Phantom
Phantom是一家智能家居解决方案供应商，专注于智能照明和监控产品。报道称该公司去年的A轮融资中获得了150万美元。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
物联网产业链包含芯片提供商、传感器供应商、无线模组(含天线)厂商、网络运营商、平台服务商、系统及软件开发商、智能硬件厂商、系统集成及应用服务提供商八大环节。芯片提供商是物联网的大脑，也是物联网产业链价值最高的环节。低功耗、高可靠性的半导体芯片是物联网几乎所有环节都必不可少的关键部件之一。依据芯片功能的不同，物联网产业中所需芯片既包括集成在传感器、无线模组中实现特定功能的芯片，也包括嵌入在终端设备中提供“大脑”功能的嵌入式微处理器。传统的国际半导体巨头，如ARM、英特尔、高通、飞思卡尔等;国内主要厂商包括：华为海思、展讯、中兴微、北京君正、华天科技等。

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