物联网重点技术大全（库课干货分享第51期）

摘要：

❶物联网驱动城市真正智慧——下一代物联网发展展望❷AUGTEK基于最新LoRaWAN的城市级智慧物联网解决方案❸应用场景及效益分析

【主题】物联网驱动城市真正的智慧——AUGTEK城市级智慧物联网解决方案介绍

【讲师】戴翚 南京八月智能科技 产品设计研发总监

【地点】物联网智库微信群

【提纲】

1.物联网驱动城市真正智慧——下一代物联网发展展望

2.AUGTEK基于最新LoRaWAN的城市级智慧物联网解决方案

3.应用场景及效益分析

【公司简介】

南京八月智能科技（AUGTEK）有限公司是一家专注在低功耗广域网（LPWAN）领域的创新驱动型企业，致力于帮助物体更好的实现连接。南京八月智能科技的LPWAN通信及云平台解决方案是专门针对中小企业客户提供的一站式解决方案，使他们能够更快速、更经济的部署所需要的低功耗广域网，并轻松成为网络即服务（Network as a Service）提供商。

戴翚：

大家好! 非常荣幸有机会在物联网智库的微信公开课平台上举办全国低功耗广域网产业联盟的首次公开课。与其说是授课，不如说是在平台上与国内的LPWAN同行进行一次交流。下午的时候简单和几位大咖们聊了一下就已经良多，希望以后物联网智库类似的活动越办越好！

首先做一下自我介绍，我是南京八月智能科技（AUGTEK）的戴翚，负责AUGTEK的产品设计和研发。AUGTEK是国内比较早接触LoRa技术并坚持在这个方向上进行探索和开发产品的公司。我们从2014年开始参与LoRa联盟的筹备，并在2015年3月联盟成立时成为董事会11个创始成员企业之一。经过一年多的快速发展，LoRa联盟已在全球发展成员企业达314家（此数字还在不断刷新中），目前AUGTEK是LoRa联盟在亚太区唯一的董事会成员。

这次公开课的主题是阐述AUGTEK对下一代物联网和智慧城市之间关系的理解，以及如何用AUGTEK一站式解决方案部署和运营下一代物联网，以及我们接触到的一些智慧城市的应用案例。

我们认为物联网是大势所趋，是驱动城市真正智慧的必要条件。换句话说，通过城市级低功耗广域网做为万物互联的技术使能，才能实现真正的物联网。伴随着低功耗广域网技术的逐渐成熟，智慧城市建设将进入新的阶段。

我们所理解的物联网是一个集多种技术、多种网络（通信网络、传感器网络、互联网等）于一体的复杂的信息系统。信息的采集、管理、协同处理是物联网的核心。网络的泛在化和信息的智能化是物联网的两大特征。

物联网技术是互联网技术发展的下一阶段。互联网的核心是IT，强调的是信息的传输和连接；物联网的核心是DT，强调的是数据的处理和应用。通过“感知、传输、智慧、控制”物联网将实现物体的人工智能。互联网去中心化，物联网强中心化。

以下将引用一些业内大咖在公开场合的讲话，佐证我们的观点:

“物联网对于人类社会的影响相比单纯的互联网要多出5-10倍。未来十年内，物联网在经济效益方面能够创造19万亿美元 的价值。”

——2014年1月，巴塞罗那MWC世界移动大会，CISCO公司CEO John Chambers。

“我可以非常直接地说，互联网将消失。物联网将使整个世界高度个性化、互动化和非常、非常的有趣。”

——2015年1月，瑞士达沃斯论坛，谷歌公司执行董事长Eric Schmidt

Gartner与IDC联合预测到2018年，全球物联网设备将达到160亿个；

Cisco预测的更加大胆，到2020年全球物联网设备将达到500亿个。

在中国，李克强总理在2016年3月5日“两会”首日的政府工作报告中提出了"十三五"时期主要目标任务和重大举措，其中特别强调了通过大数据、云计算和物联网的广泛应用促进创新发展和科技进步，从国家的战略层面为大数据、云计算和物联网的发展提供了政策红利和广阔的空间。

根据全球五大咨询公司之一埃森哲的研究显示，物联网技术将推动中国GDP的实际增长。埃森哲研究显示，物联网将成为中国经济增长的新动力，到2030 年实现GDP（国内生产总值）累计增长1.8万亿美元。到2030年，制造业、公共服务和资源产业将占物联网所推动中国经济增长总额的 60%以上，分别位列前三名。

以制造业为例，物联网创造的经济价值将从1960亿美元跃升至7360亿美元，增加276%。对资源产业而言，物联网创造的经济价值也 将从480亿美元增至1890亿美元，比当前条件下高出近三倍。

有了国家政策导向和行业需求驱动，在不久的将来城市级智慧物联网将为各行各业带来的带来的巨大价值。

以上是我们对整体行业的看法简述，基于这样的背景，我们站在部署可运营的低功耗广域网的角度，设计了一站式的解决方案。

AUGTEK一站式解决方案的核心是完全符合LoRaWAN®标准的通信架构，我们将其称之为城市级智慧物联网。

这里需要稍微解释一下，LoRaWAN®通信架构是针对广域部署的蜂窝物联网设计的，不同于点对点传输或仅用时分轮询方式透传的LoRa技术。LoRaWAN®是针对数以亿计的物体联网而设计网络架构，所以这是未来可以支持IPv6的低功耗广域网（缩写为6LPWA），目前LoRa联盟正在提交6LPWA设计架构和方案给IETF委员会审核。

LoRaWAN®，SIGFOX和802.15.4是同时被IETF评审的三种广域物联网通信标准。

相信很多群友对以下LoRaWAN®的系统架构并不陌生：

LoRaWAN的系统架构

其中三种不同的省电传输模式，按照功耗由低到高分别是：

1.双向通信终端设备（Class A）

处于A等级的终端设备允许双向通信，每一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）。A等级的终端设备应用中功耗最低，在终端发送一个上行传输信号后才能与服务器进行下行通信，与服务器任何时候的下行通信都只能是在上行通信之后。

2.具有预设接收槽的双向通信终端设备（Class B）

B等级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到一个Beacon，这一方式会让服务器了解终端设备正在“倾听”。

3.具有最大接收槽的双向通信终端设备（Class C）

C等级的终端设备几乎持续为接收窗口开放，只在传输时关闭。

目前我们已经实现了ClassA和ClassC。用下面一张图就可以直观的表达清楚三种模式的耗电量的对比关系。

ClassA、ClassB和ClassC三种模式耗电量对比关系图

最基本的LoRaWAN®通信拓扑图如下，其中LoRaWAN®网络服务器（Network Server）是整个网络的核心控制单元。

LoRaWAN通信拓扑图

在LoRaWAN®标准的演进中已经考虑到终端鉴权、网络密钥分配、安全加密等需求，部署在云端的NS还会包括鉴权服务器(JS:Join Server)、密钥服务器（KS:Key Server）的功能。AUGTEK的一站式解决方案都包含这些网络控制和安全的功能。

接下来我们谈一谈针对人口密集的城市，城市级智慧物联网的具体应用场景以及效益分析。我们按照城市中需要通过物联网解决的问题进行了归纳和分类，主要有以下四大类场景：

1） 城市资源管理。

2）低碳出行。

3）环境监测。

4）健康管理。

城市级智慧物联网建设及运营的效益分析可归纳为以下几个方面：

经济

1） 促进产业结构转型

2） 促进GDP增长

3） 促进大众创新，万众创业

4） 带来新的就业机会

技术

1） 带来前沿科技在中国的落地

2） 推动高新技术产业的孵化

3） 推动城市信息化水平提高

4） 促进城市设施的现代化升级

政治

1） 符合国民经济十三五规划中的要求

2） 符合建设新城镇化建设的要求

3） 促进政府转型，建立服务型政府

4） 促进政府实施精细化城市管理

社会

1） 促进社会整体现代化水平提高

2） 促进社会资源更加合理化应用

3） 促进城市节能、绿色更智能

4） 促进城市公共信息更开放

在以上四大类智慧城市应用分析中，我想特别举一个城市公共自行车管理的例子。目前中国所有城市都在大力发展低碳环保绿色出行的城市公共自行车，据不完全统计，目前在一个三线城市城市集中运营管理的公共自行车保有量大约为5万辆，一二线城市的规模甚至超过10万辆。面对这样庞大终端数量所产生的海量数据，之前是没有任何一种通信技术可以低成本、有效的对每一辆公共自行车的使用状态和运营数据进行系统的采集和精细化管理的。而现在通过城市级智慧物联网的技术使能，就可以让原本无法实现的增值运营从无到有，充分体现了城市级智慧物联网可以创造的全新的巨大价值。

以上就是本次公开课的主要介绍内容，还有更多有趣的产品信息及我们的实验局测试数据可以关注AUGTEK物联网观察微信公众号进行浏览。感谢大家。

【课后提问环节】

【问题】八月科技的运营模式是什么？从公司网站来看，产品和数据服务都做，这样客户自主的产品价值空间在那里？

【回答】八月科技的运营模式是向客户提供基于LoRa技术的一站式LPWAN解决方案，为客户提供快速部署及运营城市级智慧物联网网络的能力。我们的产品包括带有LoRaWAN®通信协议栈的Genie云精灵（通信模块）、Titan城市路由（网关）、AUGTEK网络控制器（NS）；提供的服务包括网络规划、网络部署和网络优化。我们的目标是让客户可以快速、低成本的部署属于他们自己的城市级物联网并具有网络运营管理的能力。

我们的产品和服务层级丰富，商业模式灵活，可以根据不同类型客户的需求在各个层面上为他们提供产品或服务。比如有的客户可以购买通信模块自己开发点对点透传的私有通信协议；有的客户可以购买开发评估套件（EVK），用于智能硬件终端或应用APP的开发；有的客户如果已经拥有了自己的云应用平台（SaaS）甚至有自己的行业云服务平台(PaaS),我们也可以很容易的帮助此类客户部署他们所需的LPWAN网络，并将终端采集的数据交付到客户指定的云平台上。

【问题】lora小白弱弱的问个问题，采用ISM频段的lora，如何在工程应用中保证通讯质量？频段资源会不会成为限制lora普及的因素？

【回答】目前LoRa联盟定义的LoRaWAN®中国频段标准是470Mhz频段，这部分频谱资源是在工信部发布的《微功率（短距离）无线电设备的技术要求_信部无[2005]423号文件》里明确定义可用的ISM频段。可以采用频分蜂窝部署的方式来避免频段间的干扰。

【问题】问一下你们的节点和网关是配套使用的吗？还是网关可以搭配任意节点使用？

【回答】其实网关是一个透传设备，LoRaWAN®通信协议栈是Node和NS之间的交互。所以节点和网关是配套使用的。

【追问】为什么节点和网关要配套使用呢，理论上不是符合LoRa协议的节点都可以和gateway通信？

【回答】节点不是和网关配套，而是节点的MCU中带有LoRaWAN®通信协议栈与网络服务器(NS)配套。网关只是一个物理层建立连接并进行数据包透传的网络设备，MAC层的通信协议交互是终端节点与部署在云端的网络服务器(NS)实现的。将来经过LoRa联盟认证委员会认证的节点模块和经过认证的LoRaWAN®标准NS应该是可以互联互通的，但当前还无法实现不同厂家之间的设备互联互通。

【问题】你们的网关可以让客户自行开发通信协议吗？

【回答】暂时还不可以。

【问题】节点的一般用电源什么供电，电池使用寿命最长多久？

【回答】电池供电。我们目前已经部署的应用采用电池供电可以连续工作5年。

【问题】LoRa如何建立低功耗的生态链？LoRa生态链的主导厂商是？

【回答】LoRa生态链的发展是LoRa联盟（包括联盟董事会Board和四大委员会Committees）的主要工作职责之一。LoRa联盟成员企业包括了芯片厂商、模块厂商、系统设备厂商、云平台服务提供商、第三方认证测试实验室、终端应用厂商、电信运营商、应用服务提供商等，产业链各个环节都有成员企业可以提供产品或服务，发展迅速布局均衡，因此是在现阶段就可以部署商用的LPWAN技术。

【问题】AUGTEK如何看待LORA，NB-IOT，LTE-M的现状，前景，市场的比较? AUGTEK是否有除了LORA以外的布局计划?

【回答】NB-IoT是LPWAN产业中非常重要的技术标准，相信未来也会占有重要的市场地位。全球广域物联网是一个巨大的新兴市场，不会也不可能只由一种技术标准一统江湖，更多的情况是多种技术的共存。就像现在全球的3G、4G无线通信行业一样，也是由HSPA/HSPA ,EVDO,TDD-LTE,FDD-LTE等技术标准共存发展一样。AUGTEK目前专注在LoRa技术的产品及解决方案上，目前是国内比较早推出完整解决方案的厂商。短期内不会推出采用NB-IoT标准的产品。

【问题】470频段应该大家都能用，假如在某个小区域发现有其他无线设备占用470频段，怎么破？会有多大影响？毕竟它不像LTE频段，有法律和国家机器保证运营商独享。

【回答】LoRa技术融合了数字扩频、数字信号处理和循环交织纠检错编码。扩频技术大大提高了LoRa芯片的接收灵敏度，从而实现远距离传输。数字信号处理和循环交织纠检错编码可以使LoRa芯片在信噪比很低的环境下进行数据传输，从而实现超强抗干扰性。但如果就是单纯的同频段干扰，就像2.4G的WiFi，蓝牙，Zigbee，微波炉等，其实是无线通信中无法避免的。

【问题】我目前公司做的项目采用433频段的，433和470应该差不多吧？

【回答】433MHz的频宽只有1.7Mhz, 无法做上下行全双工并行传输。

【追问】频率越低越好？

【回答】频率越低穿透性越好，但433和470能有多大的差距，还真没有比较测试过。

【问题】目前有些方案是 sub 1G，和LoRa有什么区别？

【回答】扩展一下您的问题，目前主流的非授权频段的LPWAN技术对比可参考下表。

【问题】必须要集中器sx1301和sx1278作为节点吗？sx1278不是同时有收发功能吗？直接用sx1278可以组网了吗？

【回答】用两颗1278可以做一收一发的时分轮询的简单网关，但是上行时分，丢包率比较高。通信协议私有，无法互联互通，不利于大规模部署和网优。好处就是成本低，开发难度小。

【问题】对于目前运营商大力推进的NB-IoT, 基于LoRa的解决方案该如何应对挑战？LoRa对NB-IoT的优势在哪里？

【回答】目前来说LoRa相对于NB-IoT最大的优势是LoRa的产业链发展迅速。LoRa联盟成员企业包括了芯片厂商、模块厂商、系统设备厂商、云平台服务提供商、第三方认证测试实验室、终端应用厂商、电信运营商、应用服务提供商等，产业链各个环节都有成员企业可以提供产品或服务，发展迅速布局均衡，而且Semtech芯片方案的成熟度也比较高，目前完全支持商用，所以是全球已经可以进入部署阶段的领先的LPWAN技术标准。欧洲的多家电信运营商包括荷兰皇家电信KPN、法国Bouygues、比利时Proximus，韩国的SK都已经部署具有一定规模的LoRa运营商网络。

从3GPP的部署roadmap来看，NB-IoT商用的时间表还没有那么快。当下应用需求旺盛，所以哪家技术标准商用部署的最快，谁就能抢得先机。NB-IoT本质上和LTE-cat m0没有很大区别。只是内部被分为了两个叫法，是由不同阵营的厂商来主导的。NB-IoT是由华为和爱立信主导的标准。另外在3GPP体系下，商用成本通常也会高于其他非授权频段的LPWAN技术标准，因为3GPP体系下的芯片权利金是不可避免的，成本下降的可能性除非是市场已经从蓝海进入红海，终端芯片月出货量以KK计算。

【问题】八月科技有没有提供服务器？有没有可以提供服务器的测试接口？

【回答】我们的产品里面包括LoRaWAN®的网络服务器，可以部署在公有云，或者客户的私有云上。就是这张图里面的Network Server，负责管理整个网络的MAC层通信协议。

【问题】每个节点都是不同地址的吗？集中器如何识每个节点？可以上电自动组网的吗？后期方便加入新节点的吗？

【回答】每个节点都是不同的唯一DEVEUI，唯一的地址。集中器不做识别，由后台的鉴权服务器（JS: Join Server）进行识别。终端是上电后自动Join网络的，但是是否能鉴权成功是由JS决定。后期加入新节点很容易，一般在OSS上通过管理识别新的终端节点号，然后JS才会认为新加入节点是合法的。

【问题】LoRa相关技术在物联网基础设施建设中的应用优势有哪些?

【回答】网络部署成本低、运营维护简单（取决于运营支撑系统OSS的强大程度）、目前还没有专利费。

【问题】LoRa传输数据量这么小，除了一些公共设施（电表，水表数据）还有哪些其他应用场景吗？

【回答】有很多的应用场景。比如我刚重点提到的城市公共自行车运营管理。还有资产监控类的应用，比如国家现在主推的物联网审计；还有比如各种定位的应用，儿童定位防丢、宠物防丢、老人定位防丢、电动自行车防盗报警；还有环境监控管理类，温湿度采集；还有安防类的，比如门窗震动防盗。还有健康监护类的，采集生命体征等等。

本质上窄带物联网就是一个传感器的网络。AUGTEK的官网上（www.augtek.com）罗列了很多应用的方向和场景，可以关注一下。

【追问】防丢只能通过身上的物品定位吧？

【回答】可以做成一个用电池供电就工作数年的智能硬件，根据场景不同，智能硬件的设计也完全不同。

【问题】大家都知道，频率越低、天线尺寸越大； 相对zigbee，LoRa 470M的天线，目前是多大的？什么形式的？

【回答】好问题。我们目前提供的一站式解决方案中包括了2米长的全向玻璃钢天线，自带下倾角调节，可以有效避免塔下黑的状况，实测效果不错。

【问题】我觉得私有云的方式会有比较大的发展空间 数据在云端的方式一旦服务器崩溃就是问题 如何解决？

【回答】选择品质过硬的IaaS合作方吧，国内比较好的是Qing云，Ali云，国外的话就是AWS。私有云的问题，目前尚未遇到。

作者：戴翚

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