通信协议无疑是物联网中争论最多的领域之一，这些争论中，有些是标准之争，有些是专利之争，其中无线通信是物联网领域普遍关注的话题。我们讨论过WiFi、蓝牙、Zigbee之争，但这些协议均为局域网络协议，广域网络方面当前功耗和成本的经济性越来越吸引物联网的应用者，被称为低功耗广域网络（Low Power Wide Area，LPWA）。
此前，我们曾看到SigFox属于此类技术，但随着研究的深入，我们发现其实还存在着不少类似的技术，当一项协议成为主流协议前，它一定是经过与其他协议的一番斗争之后才形成的。本文的目标是对它们进行比较，不过人们对此立即会产生一个问题：你如何去做比较？通过查阅和研究相关文献，我试图提炼一些通用线索来串起各种协议，并对每一协议的代表性企业进行访谈，形成了对LPWA协议的比较。
功耗和成本看似重要，实则无法纳入比较参数
功耗和成本是每一个协议宣称其所具备的特征，但是，还没有人成为这方面的赢家。
影响功耗的因素很多，有些可能无法计量，功耗是否可以进行比较其实并不明确。根据一位拥有多年LPWA实践经验的Telensa专家所述：“功耗唯一可计量的是电池寿命”。另一专家认为，LPWA网络协议虽然是低功耗的，但如果比较单位数据功耗的话，其功耗是大于2G网络的。低传输功耗意味着只有很低的数据速率，因此可能需要很长时间来传输，也就是说设备平均休眠状态时间就很短。因低传输功耗而形成的微弱数据需要更敏感的接收线路，因此接收端可能需要更多平均功耗。
哪些参数可以拿来进行比较？
距离
我们知道任何无线技术传输距离随着其信号传输方式不同而不同，这一规律自然适用于LPWA网络。在人口密集的城市环境中，围墙、建筑物、反射以及交通状况等，使得无线传输距离短于农村地区；而在平整的、无障碍的农村环境下，传输距离会大大增加。但我们仍不可忽视一些因素——无线电干扰等。
因此，距离是各协议代表厂商热议的话题，有些协议宣称可以达到数十公里距离，但其竞争对手可能会说在实际环境中其效果会大打折扣。距离作为比较标准实际上是一个比较谨慎的选择，但至少它是可计量的指标。
另外需要注意的是：你可能发现这些LPWA协议在市场宣传资料中会与诸如Zigbee之类的协议进行比较。你可能觉得Zigbee是一个局域组网协议，与LPWA比较有些奇怪，但实际上Zigbee通过Mesh组网也可以形成广域网络。
频谱
几乎所有LPWA协议均使用ISM频段，虽然有少量协议使用授权频谱。我们将给出每个协议的频段，有些使用的是超低频段，有些是低频段，还有些是采用宽频。
上行/下行对称性
这些LPWA协议均对数据的上下行采取非对称的方式，比较表格中简单给出了它们是否采用上下行对称方式。
数据速率
这是另一个易变的参数，它依赖于距离、障碍以及数据拥堵情况，所以仅仅给出一般性的范围。
最大节点数
最大节点有两种表述方式，一个是整个网络中的节点数，另一个是星形网络中每一Hub配置的节点数。
最大节点数受一些因素的影响，节点数有可能在协议中已设定，但即使一个协议的理论容量是百万，但其容量受制于ISM频段，这不仅仅是一个数字，而是依赖于在给定时间有多少其他协议也在使用该频段。
空中升级（OTA）的可能性
这可能是一个随机的参数，但这一参数反映网络有效的下行能力。如果网络仅提供几个比特的下行容量，那它是无法下载一个大的软件数据包来更新其远程节点的。
切换
我们很容易理解物联网edge nodes作为静态单位无线传输，但是很多设备——如汽车、农用机械等是移动的，还有一些本身可能不是移动的，但别人会不断移动它们——比如仓储中贴有电子标签的货物。因此，我们自然想知道一个协议是否可以实现设备在不同Hub之间的无缝切换。
运营模式
一些协议只是由网络运营商来掌握，并向工作提供网络服务，就像为电话提供蜂窝网络系统一样。而也有其他协议通过公有或私有网络提供。
标准状况
一些协议已制定了相应的标准，或者正在制定中，有些协议拥有者将其标准公开出来，而有些所有者申请专利保护。在一些情况下，你可以获取其细则，而有些情况下你需要获得认证。
现存的LPWA网络协议知多少
除了我们耳熟能详的LoRa、SigFox、LTE-M外，这一领域也是多家争鸣的状态，包括NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等，本文主要对这些适用于物联网的低功耗广域网络协议相关参数进行比较，下期将推出一篇文章，详细介绍每一通信协议的情况。LoRa网关概述：
依据用户反馈，本文意在帮助用户说明LoRa网关的介绍及特点，以及应用，LoRa是一种低功耗的广域网通讯技术， LoRa网关 的出现完成了物联网技术中长距离和低功耗的要求，因而LoRa技术被广泛运用到各种各样行业之中。
LoRa网关应用不一样的扩频因素，不一样的扩频因素两组正交和因此理论上能够 在同一无线信道中对好几条不一样扩频因素的数据信号开展调制解调。网关与云端服务器间根据规范IP开展联接，终端根据单跳与一个或好几个网关开展通信，全部的终端通信全是双重通信，另外也系统升级软件远程控制升级等。
现阶段而言，界定不一样，网关种类也不一样。国际性LoRa同盟根据LoRa协议书发布了无线网络连接的规范技术——LoRaWAN，该规范技术的发布推动了LoRa技术开展规模性的组网方案。现阶段我国也是有好几家公司在促进LoRaWAN技术的发展趋势。
LoRa网关的特点
覆盖面：LoRa单一网关的遮盖间距一般 在3-5km的范畴，宽阔地区乃至达到15km之上。
低功耗：充电电池供电系统能够支撑点多年乃至十余年。
高容：LoRa网关归功于终端无联接情况的特点，可出示超出2万之上的终端联接总数。
低成本：通信网络成本费极低，另外适用窄带传输数据。
安全系数：安全系数高。
LoRa网关的应用
金鸽高新科技LoRa网关S281是一款根据LoRa独享协议书的无线网络数据收集报警设备，关键用以多一点且长距离分布式系统的温度湿度收集及其机器设备到云服务平台的全透明传送。
该系统由S281网关和终端（WT1xx系列）二种机器设备构成。终端联接当场控制器、PLC、智能电表等机器设备，将数据信息发送至S281网关，根据SMS/2G/3G/3G/Ethernet 等方法发送至云服务平台或手机上，完成远程控制检测及其 *** 纵，处理客户当场走线难等难点。用户可根据LoRa网关的介绍及特点中的内容做简单了解，如有疑问的地方，可咨询公司的业务或技术人员，解决相关难题。你好，
LoRa：易于建设和部署的低功耗广域物联技术LoRa的诞生比NB-IoT要早些，2013年8月，Semtech向业界发布了一种新型的基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long
Range，简称LoRa）的芯片。其接受灵敏度达到了惊人的-148dbm，与业界其他先进水平的sub-GHz芯片相比，最高的接收灵敏度改善了20db以上，这确保了网络连接可靠性。它使用线性调频扩频调制技术，即保持了像FSK（频移键控）调制相同的低功耗特性，明显地增加了通信距离，同时提高了网络效率并消除了干扰，即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰，因此在此基础上研发的集中器/网关能够并行接收并处理多个节点的数据，大大扩展了系统容量。
NB-IoT具备四大特点：广覆盖、是具备支撑海量连接的能力、更低功耗、更低的模块成本。NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IOT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。NB-IOT水表的整个组成部分有
IOT 管理系统平台、基站、无线通讯水表（NB-IOT）。
各有各的优缺点，目前无线远传水表LoRa的技术更成熟，具备大规模使用的条件，而NB-IoT正处于试点阶段。内核的特点
内核尺寸伸缩性强，能够适应不同配置的硬件平台。比如，一个极端的情况下，内核尺寸必须维持在10K以内，以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器，这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下，内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能，以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸，不可避免的会大大增加，可以达到几百K，甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性，可以通过两个层面的措施来实现：重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单，只需要根据不同的应用目标，选择所需的功能模块，然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下，比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载，则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个 *** 作系统配置文件，文件里列举了 *** 作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后，会根据配置文件，加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器（比如硬盘、Flash等），以存储要加载的二进制模块；
内核的实时性必须足够强，以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备，要求 *** 作系统内核要具备实时性，因为很多的关键性动作，必须在有限的时间内完成，否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思，首先是中断响应的实时性，一旦外部中断发生， *** 作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性，一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪，必须能够马上得到调度。显然，基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求；
内核架构可扩展性强。物联网 *** 作系统的内核，应该设计成一个框架，这个框架定义了一些接口和规范，只要遵循这些接口和规范，就可以很容易的在 *** 作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性，要求 *** 作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制，可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能，这些应用程序存储在外部介质上，这样就无需修改内核，只需要开发新的应用程序，就可满足特定的行业需求；
内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了，物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点，这要求内核必须足够可靠，以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键，甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中，一旦被外部侵入，造成的影响将无法估量。为了加强安全性，内核应支持内存保护（VMM等机制）、异常管理等机制，以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略，就是不开放源代码，或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略，并不代表不能免费适用内核；
节能省电，以支持足够的电源续航能力。 *** 作系统内核应该在CPU空闲的时候，降低CPU运行频率，或干脆关闭CPU。对于周边设备，也应该实时判断其运行状态，一旦进入空闲状态，则切换到省电模式。同时， *** 作系统内核应最大程度的降低中断发生频率，比如在不影响实时性的情况下，把系统的时钟频率调到最低，以最大可能的节约电源。
外围模块的特点
外围模块指为了适应物联网的应用特点， *** 作系统应该具备的一些功能特征，比如远程维护和升级等。同时也指为了扩展物联网 *** 作系统内核的功能范围，而开发的一些功能模块，比如文件系统、网络协议栈等。物联网 *** 作系统的外围模块（或外围功能）应该至少具备下列这些：
支持 *** 作系统核心、设备驱动程序或应用程序等的远程升级。远程升级是物联网 *** 作系统的最基本特征，这个特性可大大降低维护成本。远程升级完成后，原有的设备配置和数据能够得以继续使用。即使在升级失败的情况下， *** 作系统也应该能够恢复原有的运行状态。远程升级和维护是支持物联网 *** 作系统大规模部署的主要措施之一；
支持常用的文件系统和外部存储，比如支持FAT32/NTFS/DCFS等文件系统，支持硬盘、USB stick、Flash、ROM等常用存储设备。在网络连接中断的情况下，外部存储功能会发挥重要作用。比如可以临时存储采集到的数据，再网络恢复后再上传到数据中心。但文件系统和存储驱动的代码，要与 *** 作系统核心代码有效分离，能够做到非常容易的裁剪；
支持远程配置、远程诊断、远程管理等维护功能。这里不仅仅包涵常见的远程 *** 作特性，比如远程修改设备参数、远程查看运行信息等。还应该包涵更深层面的远程 *** 作，比如可以远程查看 *** 作系统内核的状态，远程调试线程或任务，异常时的远程dump内核状态等功能。这些功能不仅仅需要外围应用的支持，更需要内核的天然支持；
支持完善的网络功能。物联网 *** 作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈，包括对IPv4和IPv6的同时支持。这个协议栈要具备灵活的伸缩性，以适应裁剪需要。比如可以通过裁剪，使得协议栈只支持IP/UDP等协议功能，以降低代码尺寸。同时也支持丰富的IP协议族，比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等协议，以适用智能终端和高安全可靠的应用场合；
对物联网常用的无线通信功能要内置支持。比如支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共网络的无线通信功能，同时要支持Zigbee/NFC/RFID等近场通信功能，支持WLAN/Ethernet等桌面网络接口功能。这些不同的协议之间，要能够相互转换，能够把从一种协议获取到的数据报文，转换成为另外一种协议的报文发送出去。除此之外，还应支持短信息的接收和发送、语音通信、视频通信等功能；
内置支持XML文件解析功能。物联网时代，不同行业之间，甚至相同行业的不同领域之间，会存在严重的信息共享壁垒。而XML格式的数据共享可以打破这个壁垒，因此XML标准在物联网领域会得到更广泛的应用。物联网 *** 作系统要内置对XML解析的支持，所有 *** 作系统的配置数据，统一用XML格式进行存储。同时也可对行业自行定义的XML格式进行解析，以完成行业转换功能；
支持完善的GUI功能。图形用户界面一般应用于物联网的智能终端中，完成用户和设备的交互。GUI应该定义一个完整的框架，以方便图形功能的扩展。同时应该实现常用的用户界面元素，比如文本框、按钮、列表等。另外，GUI模块应该与 *** 作系统核心分离，最好支持二进制的动态加载功能，即 *** 作系统核心根据应用程序需要，动态加载或卸载GUI模块。GUI模块的效率要足够高，从用户输入确认，到具体的动作开始执行之间的时间（可以叫做click-launch时间）要足够短，不能出现用户点击了确定、但任务的执行却等待很长时间的情况；
支持从外部存储介质中动态加载应用程序。物联网 *** 作系统应提供一组API，供不同应用程序调用，而且这一组API应该根据 *** 作系统所加载的外围模块实时变化。比如在加载了GUI模块的情况下，需要提供GUI *** 作的系统调用，但是在没有GUI模块的情况下，就不应该提供GUI功能调用。同时 *** 作系统、GUI等外围模块、应用程序模块应该二进制分离， *** 作系统能够动态的从外部存储介质上按需加载应用程序。这样的一种结构，就使得整个 *** 作系统具备强大的扩展能力。 *** 作系统内核和外围模块（GUI、网络等）提供基础支持，而各种各样的行业应用，通过应用程序来实现。最后在软件发布的时候，只发布 *** 作系统内核、所需的外围模块、应用程序模块即可。
集成开发环境的特点
集成开发环境是构筑行业应用的关键工具，物联网 *** 作系统必须提供方便灵活的开发工具，以开发出适合行业应用的应用程序。开发环境必须足够成熟并得到广泛适用，以降低应用程序的上市时间（GTMT）。集成开发环境必须具备如下特点：物联网 *** 作系统要提供丰富灵活的API，供程序员调用，这组API应该能够支持多种语言，比如既支持C/C++，也支持Java、Basic等程序设计语言；最好充分利用已有的集成开发环境。比如可以利用Eclipse、Visual Studio等集成开发环境，这些集成开发工具具备广泛的应用基础，可以在Internet上直接获得良好的技术支持；除配套的集成开发环境外，还应定义和实现一种紧凑的应用程序格式（类似Windows的PE格式），以适用物联网的特殊需要。通过对集成开发环境进行定制，使得集成开发环境生成的代码，可以遵循这种格式；要提供一组工具，方便应用程序的开发和调试。比如提供应用程序下载工具、远程调试工具等，支撑整个开发过程。
可以看出，上述物联网 *** 作系统内核、外围模块、应用开发环境等，都是支撑平台，支撑更上一层的行业应用。行业应用才是最终产生生产力的软件，但是物联网 *** 作系统是行业应用得以茁壮生长和长期有效生存的基础，只有具备了强大灵活的物联网 *** 作系统，物联网这棵大树才能结出丰硕的果实。
物联网应用工程师的人才群体，主体应该包括IT和OT工程师。
从事方向大概有：智慧交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、环境监测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源、敌情侦查和情报搜集等多个领域而具体
工作岗位有：硬件设计师、嵌入式固件开发人员、无线通讯专家 、后端开发人员 、前端开发人员 、应用开发人员 、自动化与系统集成工程师 、数据科学家等。
硬件设计师：大多数物联网项目都涉及某种形式的定制硬件设计。硬件的复杂度因项目而异。在某些情况下，使用硬件模块和参考设计，基础知识和电气工程知识就足够了。而有些更复杂的项目则需要更多的经验和专业知识。常见的技术有印刷电路板（PCB）设计、无线电频率与天线设计、时钟，信号路由相关的经验、低功耗设计和功耗优化等
嵌入式固件开发人员：让硬件发挥作用，你就需要嵌入式开发人员。他们是从事最底层、最接近裸机硬件的软件开发人员。这样的软件称为固件（介于软件和硬件之间的固件）。一般这些开发人员的背景结合了电气工程、计算机体系结构和软件开发。嵌入式开发人员的工作需要与最终硬件的原型版本打交道，因此通常他们的办公桌看起来都很凌乱。 常见的技术有编程语言（C、汇编语言、C++）、实时 *** 作系统（RTOS）经验（FreeRTOS、Contiki、Zephyr）、嵌入式Linux、源代码版本控制、物理和信息安全等
无线通讯专家：大多数物联网项目都是无线的，但无线技术都很难，因为无线集物理与软件的双重复杂度于一身。通常无线通信专家都来自无线通信、网络协议和软件开发。对于大型物联网系统来说，拥有无线通信的专长才能适当地确定网络与通信模式。而消费级物联网系统则需要无线通信专长来确保通过蓝牙顺利地将设备连接到用户的智能手机。 常见的技术有网络模拟、无线网格网络、对无线传播技术的掌握、对功耗的掌握、协议（TCP/IP、IPv4、IPv6、RPL、TLS、WiFi、蓝牙、6lowpan、ZigBee、LoRA、MQTT、CoAP）
后端开发人员：在物联网系统中，后端需要处理数据库和应用程序逻辑。通常，后端都部署在云主机中，并负责存储来自物联网设备的数据、对用户进行身份验证、为前端以及与其他系统的集成提供API。 常见的技术有编程语言（JavaScript、Go、Python、Ruby）、数据库（MySQL、MongoDB、Redis）、开发运维经验、云平台（亚马逊的AWS、Heroku、微软的Azure）
前端开发人员：大多数物联网项目都有网页形式的前端。用户可以通过这类网页与系统交互。因此，这些网页需要做到易于使用、安全、可在最常见的Web浏览器中运行并保持最新状态。这些前端是用HTML开发的，而且通常都会采用某些现有的JavaScript前端框架。前端开发人员需要通过大量输出到网页上的文本来创建视觉体验。 常见的技术有UI/UX设计、用户访谈与人机交互的经验、HTML、CSS、Javascript、Web开发框架（Vuejs、React、Bootstrap）
应用开发人员：许多面向用户的物联网项目都需要使用移动应用作为用户界面。随着项目的推进，移动应用体验的重要性越来越突出。通常，我们需要开发和维护两个版本：iOS和Android。有时也可以开发混合原生应用（通常用HTML开发）。大多数应用开发人员都清楚原生与混合框架的优缺点。 常见的技术有Android、iOS开发原生/混合框架（Phonegap/Cordova、Ionic、Angular、React、Vue）、编程语言（Java、Swift、Objective C、JavaScript）
自动化与系统集成工程师：许多物联网项目都需要与现有软件集成。软件集成是一项经常被低估的任务，我们常常需要花费大量精力，运用一套特定的技术才能取得成功。此外，一旦软件集成开始，你就必须确保集成保持正常运行。这时我们就需要采用自动测试。系统集成和自动化工程师需要拥有大量实践经验和勇气，因为这是一项艰巨的工作。 常见的技术有自动测试框架（Jenkins、Mocha、Travis）、REST API、编程语言（Javascript、Java、Python、Bash）
数据科学家：物联网项目都需要围绕数据展开，而且你需要充分利用这些数据。在项目的早期阶段，这部分的工作可能很简单，只需将关键绩效指标放入Excel工作表中进行比较即可。但是随着项目的发展，你需要针对数据展开更深入的分析。这时就需要数据科学家的帮忙。数据科学家可以通过复杂的数据，寻找模式以及可付诸行动的信息，而这才是数据的最终价值。 常见的技术有统计、人工智能、机器学习、数据挖掘、编程语言（Matlab、R、Python）
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