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隨著低功耗廣域物聯網技術被越來越多的人認知、解讀、參與，加之運營商、芯片廠商向行業的不停宣傳、滲透，這對于低功耗廣域物聯網技術的應用推廣有很大的幫助，但是從理論到技術可行，從芯片到產品，從產品到應用實施都有一個過程。

本文通過低功耗廣域物聯網技術在不同場景下的應用和方案設計思路，希望給出當前狀態下低功耗廣域物聯網技術的成熟度，應用場景選擇以及低功耗廣域物聯網技術在物聯網技術領域的重要性上有一個實踐性的判斷。

低功耗廣域物聯網技術對行業吸引力體現在：接入數量多、低功耗、覆蓋面廣、穿透力強。本文最后一段也給出LoRa實際的測試數據供參考，至于NB-IoT只是有流片出來，芯片級別的測試，對于實際應用會有很大出入，故目前還不能給出測試數據。

案例1-外線電纜防盜檢測

• 客戶需求：

1） 路面施工的時候，很容易挖斷電纜

2） 外線電纜偷盜行為的檢測

3） 電纜溝積水引起電力事故

• 方案設計：

1） 每個電纜溝放入溫度傳感器，水浸傳感器，震動傳感器

2） 利用LoRa節點采集這三類傳感器，采用雙向通訊與LoRa網關通訊

3） 電池供電，3年供電目標

4） 天線外露設計,傳輸距離在1.5Km-2Km

案例2-電力故障指示器（無人區）

• 客戶需求：

電力輸電、配電網故障指示器遠程檢測

• 方案設計：

電力故障指示器在電力輸電和配電中使用較多的設備，但是通常依賴電力光纜或特殊通訊信道傳輸，但是在無人區目前的多種通訊方式都達不到要求

采用NB-IoT作為通訊承載協議，可以將覆蓋面增大，同時星型組網方式數據可以直接與電網控制中心連接，安裝/通訊/協議開發都相對簡單

案例3-防洪檢測

• 客戶需求：

城市降雨量檢測、防洪監測點水位檢測

• 案例設計

水位檢測+LoRa+雙向可配置功能

通過雙向配置，在非汛期采用低頻率檢測傳輸，在汛期采用可配置高頻傳輸。

管網漏水檢測

• 客戶需求：

在管網重要點進行漏水檢測

• 案例設計

漏水檢測+LoRa +外露天線+ 低頻傳輸

低頻傳輸有助于延長設備供電時間，外露天線增強傳輸距離

遠程水表抄表

• 客戶需求：

水表遠程抄表

• 案例設計

水位檢測+NB-IoT

NB-IoT的傳輸距離和運營商的支持，可以有助于水表在一個城市快速鋪開和應用。

低功耗定位技術（共享單車）

在無線傳感器網絡中，常用的測量節點距離的方法主要有TOA(Time of arrival)、TDOA(Time difference of arrival )、超聲波、RSSI(Received signalstrength indicator)和TOF(Time of light)等。

1）TDOA定位

LoRa定位可由LoRaWAN網關實現，它能夠共享準確的公共時間基準，為接收的每個LoRa數據包添加高分辨率時間戳。每個基站都會報告到達時間和支持的元數據，讓位置解算器根據到達時間差（TDOA）算法來確定終端節點位置。

TDOA定位是一種利用時間差進行定位的方法。通過測量信號到達監測站的時間，可以確定信號源的距離。利用信號源到各個監測站的距離(以監測站為中心，距離為半徑作圓)，就能確定信號的位置。但是絕對時間一般比較難測量，通過比較信號到達各個監測站的時間差，就能作出以監測站為焦點，距離差為長軸的雙曲線，雙曲線的交點就是信號的位置。

TDOA算法是對TOA算法的改進，他不是直接利用信號到達時間，而是用多個基站接收到信號的時間差來確定移動臺位置，與TOA算法相比他不需要加入專門的時間戳，定位精度也有所提高。

圖： TDOA定位

2）RSSI定位

目前Semtech SX1278系列Lora擴頻芯片具有設置發送功率的功能，即可采用信號強度方法進行定位。原理如下：

P = P0 + 10n log10(d/d0)

其中P為參考點A接收到被測量點T信號的信號強度（已知）；

P0為參考點A接收到從相距d0發送的信號強度（已知）；

d為參考點A與被測量點T之間的距離（未知）；

d0為參考點A和參考點B之間的距離（已知）；

n為環境因子（未知）。

為了更好地適應不同環境，對參考參數P0、d0和n進行動態修正，其中：P0位參考點B以與被測量點T相同功率發送信號，在參考點A接收到的信號強度（已知）；

d0為參考點A和參考點B之間的距離（已知）；

n為利用式子分別測量參考點ABC之間的信號強度Pab、Pac、Pbc，計算環境因子n1、n2、n3，然后對3個環境因子取平均值得到n。

圖：RSSI定位

3）NB-IOT定位

NB-IoT R14將在2017年9月份前完成標準凍結，NB-IoT定位精度希望達到50米以下，不過，由于城市環境的復雜度，NB-IoT定位精度會大大衰減，而且即使按計劃目標達到了50米以下的定位精度，NB-IoT也無法對共享單車進行定位。

在50米的視距范圍內，可能就有多輛共享單車，用戶無法判斷哪一輛是其預定的車輛，平臺也無法精確對每一輛車進行管理。因此，必須借助GPS、北斗等厘米級的定位工具感知位置信息，NB-IoT進行輔助定位并承擔傳輸位置信息功能。而借助GPS、北斗之后，車鎖的功耗會大大增加，電池供電壽命將大打折扣。

最近有報道中國電信與ofo進行NB-IoT共享單車的定位研究，從一個方面說明低功耗定位技術的可行性，但是也應明白NB-IoT定位商用還需要時間

4）共享單車方案

LoRa定位+慣性傳感器：在城市共享單車點部署LoRa基站，利用手機GPS定位騎行人員軌跡，LoRa進行靜態位置定位，慣性傳感器作為還車后相對位置定位以及移動報警功能。

本文測試了市場上相對成熟的LoRa模塊

場景1-城市大樓

場景2-沒用遮攔物

測試結果

500mw的LoRa模塊在1.5-2km丟包率開始提高，雖然1秒頻率發包一次，但是接收的頻率室10秒鐘才能收到2-3次。

總結

就市場、技術成熟度來說LoRa更加的成熟和靈活組網來說都更適用于目前不斷出現的物聯網應用場景，NB-IoT離商用還有一段距離。

隨著市場的成熟，LoRa在單體客戶小中型上比NB-IoT有更大的優勢，并且不受地理位置、客戶屬性限制；NB-IoT由于得到運營商的支持，可以在某一個城市快速鋪開一個行業。