RPMA來中國了——美國都在用的低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)

　　作為物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域最大的黑馬——RPMA技術(shù)已經(jīng)來到中國了，早在今年1月份，RPMA技術(shù)的擁有者美國Ingenu公司CEO John Horn就親自到無錫拜訪，計劃以無錫為基地，逐步將以RPMA為核心技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施擴大到全中國范圍。目前，Ingenu已經(jīng)與無錫軍工智能電氣股份有限公司展開合作，成立無錫九洲通訊作為Ingenu唯一授權(quán)公司在中國大陸推廣其RPMA技術(shù)及應(yīng)用。

　　RPMA，全稱Random Phase MulTIple Access，官方中文翻譯為“隨機相位多址接入”，是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一種低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)。

　　那LPWA又是什么呢？

　　LPWA，全稱Low Power Wide Area，即低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)是面向物聯(lián)網(wǎng)中遠(yuǎn)距離和低功耗的通信需求，近年出現(xiàn)的一種物聯(lián)網(wǎng)無線連結(jié)技術(shù)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)點功耗低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、運行維護成本低的技術(shù)特點。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，填補了現(xiàn)有通訊技術(shù)的空白，為物聯(lián)網(wǎng)的更大規(guī)模發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　圖1：主要通訊技術(shù)的覆蓋范圍及連接成本

　　對于消費類的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用來說，Wi-Fi、ZigBee和Bluetooth等是非常理想的近距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但對于更廣泛的民用、工業(yè)和其他物聯(lián)網(wǎng)的長距離應(yīng)用，蜂巢網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星能夠滿足要求，但這些技術(shù)在成本、功耗和可擴展性等方面缺乏競爭力。因此，在發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景下，低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)應(yīng)運而生。

　　低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)的用途非常廣泛，諸如停車場資源、交通流量控制、公用設(shè)施監(jiān)視、配電控制，以及環(huán)境監(jiān)視等民用基礎(chǔ)設(shè)施只是開始，而諸如農(nóng)作物生長情況監(jiān)視和牲畜遷移等農(nóng)業(yè)應(yīng)用也需要廣域網(wǎng)覆蓋；從出租車到冷凍貨運等資產(chǎn)監(jiān)視和追蹤，則需要地區(qū)性、全國性甚至全球性的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。鐵、公路等交通基礎(chǔ)設(shè)施也需要廣域監(jiān)視；即使是醫(yī)療保健等消費性應(yīng)用，也能從替代蜂巢式電話的廣域網(wǎng)鏈接中受益。

　　LPWA具有覆蓋范圍廣、服務(wù)成本低、能耗低的特點，能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)社會環(huán)境下，廣域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)交換頻率低、連接成本低、漫游網(wǎng)點切換方便、適用復(fù)雜環(huán)境的連接需求，是理想的物聯(lián)方式。

　　圖2：幾種廣域聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要指標(biāo)對比

　　RPMA正式在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展背景下應(yīng)運而生的一種低功耗廣域網(wǎng)接入技術(shù)，RPMA由美國Ingenu公司開發(fā)，Ingenu在2008年成立，公司在2015年9月前的名稱是ONRAMP。Ingenu為開發(fā)人員提供了收發(fā)器模組以連接到該公司及其合作伙伴在全球范圍內(nèi)建立的RPMA網(wǎng)絡(luò)；這些網(wǎng)絡(luò)將來自終端節(jié)點的信息轉(zhuǎn)發(fā)至使用者的IT系統(tǒng)。同時，RPMA也可適用于想要搭建私有網(wǎng)絡(luò)的客戶人群。

　　在RPMA終端和基站的共同運作下，用戶可以管理他們通信的容量、數(shù)據(jù)速率和范圍；基站與在預(yù)定義時間框架內(nèi)發(fā)送信號的終端節(jié)點保持同步，從時間框架起點采取隨機延時，終端節(jié)點也根據(jù)接收到的信號強度選擇發(fā)送的展頻因子。

　　接取點在接收數(shù)據(jù)之后會對接收信號進行解展頻、解交錯、維特比譯碼，然后執(zhí)行CRC檢查。隨著網(wǎng)絡(luò)使用率的提高，接取點可以命令終端節(jié)點降低他們的發(fā)送信號強度，以便減少它必須處理的節(jié)點數(shù)量。

　　Ingenu RPMA的安全性包括雙向認(rèn)證、256位元加密和16Bytes的哈希函數(shù)，因而能夠有效地保護信號流量；這種方案允許網(wǎng)絡(luò)向終端節(jié)點提供授權(quán)的軟件升級，并能確保信息的完整性和重送保護。

　　和市場同類產(chǎn)品相比，RPMA技術(shù)競爭力明顯，通過與競爭對手相似的LPWA技術(shù)的對比，RPMA技術(shù)有五個主要特點：

　　一、網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力強。RPMA基站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍極廣，覆蓋整個美國和歐洲大陸分別只需要619個基站和1866個基站，而對應(yīng)采用LoRa技術(shù)則分別需要10830個基站和43319個基站；采用Sigfox技術(shù)則分別需要6840個基站和24837個基站。基站數(shù)目的減少大大降低了物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)及運營成本，因而從長期來看其經(jīng)濟效益更高。

　　二、系統(tǒng)容量大。以美國大陸為例，如果物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備每小時傳輸一百個字節(jié)的信息，那么采用RPMA技術(shù)可以接入249232個設(shè)備，而采用LoRa技術(shù)和Sigfox技術(shù)則分別只能接入2673個設(shè)備和9706個設(shè)備。

　　三、能夠充分降低設(shè)備能耗，進而盡可能地延長電池的使用壽命。RPMA采用功率控制和信息傳輸確認(rèn)的辦法來減少重新傳輸?shù)拇螖?shù)，終端在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隔進入深度睡眠狀態(tài)來減少功耗，延長電池壽命。

　　四、采用統(tǒng)一頻率，方便漫游。RPMA技術(shù)采用的是2.4G頻段，該頻段在全球都屬于免費頻段，這樣RPMA的設(shè)備可以在全球?qū)崿F(xiàn)漫游。Sigfox在歐洲使用的是868MHz的頻率，在美國使用的是915MHz的頻率，而868和915這兩個頻率在中國已被占用，實現(xiàn)漫游比較困難。

　　五、雙向通訊，可以廣播。RPMA采用的是雙向通訊的方式，可以通過廣播的方式對終端設(shè)備進行控制或升級。Sigfox采用的是單向傳輸，Lora采用的是半雙工的通訊方式。

　　RPMA技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面處于遙遙領(lǐng)先的水平，對提升我國在物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)必將產(chǎn)生積極的推進作用。

　　圖3：RPMA技術(shù)規(guī)格與同類競爭對手的對比