从GPRS到LoRa，数字农业该如何逐步实现？

在数字农业领域，智能设备的通讯方式是如何从GPRS演变至LoRa的呢？

在上一篇文章中，我们谈到了数字农业不同通信方式的选择，最终我们选择了LoRa LPWAN。

从终端用户与公司的角度来讲，GPRS和LoRa之间的区别是什么呢？区别确实很大，因为没什么共同点。

从GPRS切换至LoRa意味着几乎所有产品线需重新开发，但更重要的是相关商业理念的转变。

GPRS的安装是即插即用，客户可自主完成。而LoRa需要安装网关设备，每个设备都要有授权和无线电通信。大网络需从规划网络拓扑开始，考虑网关数量及在哪里安装，这需要专业安装工程师或受过相关培训的客户，无线电信号的质量也会受到不同环境及工程的影响，比如天然或人造的屏障，甚至植物或人工建筑。与LoRa技术相比，GPRS技术不存在上述问题。

一、网关需求

LoRa网络里最重要与成本最高的部分就是网关，实际上网关取代了基站信号塔在GPRS网络里的作用，工业级的户外用网关价格可高达1000美元。在农业领域， LoRa网络相对稀疏意味着使用少量设备就可覆盖大面积区域。如果2个网关可覆盖10KM农村区域，那相当于每3000公顷的土地需要2个网关。在实际应用中，我们可认为每200公顷的土地需要2个网关。

二、网络连接需求

网关需要永久的网络连接，可以是电话线、4G网络、或者WiFi。

三、电力需求

永久的网络连接需要强大的电力配套设施，绝大多数网关根据电力系统进行设计，而未考虑到优化功耗。典型的4G 网关由LoRa网关和4G路由器组成。

四、LoRa服务器需求

与我们想象的不同，尽管有了网关和终端设备，但还不够。基本上，网关软件只能通过LoRa与HTTP协议之间的转换在Web服务器和终端设备之间传送数据包，最核心的部件是分布在Web平台侧的一个特殊层内的LoRa服务器。LoRa服务器具有控制整个网络、将数据传送至应用系统等诸多功能。此外，LoRa服务器还可删除重复的数据包、决定通信信道、发送电源节点、存储网络及服务器的数据包。换句话说，网关是终端设备与LoRa服务器之间的虚拟数据转换器。这种设计方案有它的优、缺点，应该可以保证网关的简单实用、兼容性强和价格低廉等特点。然而事实并非如此，希望随着产品的增多，价格将会有所降低。

由于服务器软件非常复杂及不易实用，所以很多情况下，最好使用第三方服务器供应商提供的相关服务。目前市场有很多此类企业，如The Things Network 或Loriot，很多新公司及产品也在不断涌现，他们可能会按照网关或终端数量按月收费及提供其他不同选择，应用端服务器可通过HTTP API或MQTT与第三方LoRa服务器进行通信。

五、MQTT需求

LoRa应用场景里另一项新技术是MQTT（Message Queue Transport）。严格地说，它不是LoRa协议标准的一部分，是可选的。MQTT是一个精简版的只有很少代码足迹的信息经纪人，它可在任何系统中使用，以便在设备和软件模块之间进行消息交换，模块可订阅MQTT与其他模块进行信息交换。所有现有的LoRa服务器可与应用端服务器通过HTTP API和MQTT交换数据。

那么我们为什么不用HTTP API，而去考虑使用MQTT呢？问题是HTTP是一个服务器API，应用程序必须通过定期查询获取新数据。这种方式效率不高，我们希望LoRa服务器在数据到达时立即将数据推送至用户应用程序。这正是信息经纪人可以做的，某些类型消息应用订阅者和经纪人通过排序列队将这些消息自动推送。综上所述，LoRa服务器已支持MQTT，我们只需将MQTT客户端添加至应用中。

六、概述

从GPRS到LoRa,我们所需做的工作：

（一）从开发的角度

1、开发使用LoRa C类通讯的终端设备；

2、选择适合应用程序的网关；

3、安装LoRa服务器或从第三方购买订阅服务器；

4、添加MQTT以支持应用。

（二）从商业的角度

1、增加成本预算、建立每5公里安装1-2个网关的安装流程和注册终端设备；

2、筹备技术支撑部门，用于设备安装及提供LoRa网络技术服务；

3、找到永久网络连接解决方案，如带有以太网端口的4G路由器；

4、寻找网关和4G路由器的电源解决方案。在大多数情况下，网关可以安装在距离最近的有电力线路的建筑物上。特殊情况下，根据网关及路由器情况，也可使用太阳能电池板和充电电池,但至少应提供3-10W。

看似很难？其实一旦完成，就会有几倍的回报。在自己的网络基础设施上，只需很少的资源就可快速部署任何类型的定制解决方案。

针对数字农业领域内的技术创新，通讯方式从GPRS演变到LoRa。本文详细阐述了LoRa的工作原理、如何使用LoRa及如何构建网络基础设施等，让相关企业更好的开发、使用LoRa。