物聯(lián)網(wǎng)低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）技術(shù)全面詳解

　　物聯(lián)網(wǎng)希望通過通信技術(shù)將人與物，物與物進(jìn)行連接。在智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等局域網(wǎng)通信場景一般采用短距離通信技術(shù)，但對于廣范圍、遠(yuǎn)距離的連接則需要遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。LPWAN技術(shù)正式為滿足物聯(lián)網(wǎng)需求應(yīng)運而生的遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)。

　　提到遠(yuǎn)距離無線通信，你可能會有疑問不是有移動蜂窩通信技術(shù)嗎？的確，目前全球電信運營商已經(jīng)構(gòu)建了覆蓋全球的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，然而2G、3G、4G等蜂窩網(wǎng)絡(luò)雖然覆蓋距離廣，但基于移動蜂窩通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有功耗大、成本高等劣勢。當(dāng)初設(shè)計移動蜂窩通信技術(shù)主要是用于人與人的通信。根據(jù)權(quán)威的分析報告，當(dāng)前全球真正承載在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)上的物與物的連接僅占連接總數(shù)的6%。如此低的比重，主要原因在于當(dāng)前移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的承載能力不足以支撐物與物的連接。想要了解蜂窩通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)，請查看《從技術(shù)角度看移動通信技術(shù)發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)》

　　LPWAN（Low Power Wide Area Network），低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計。

　　LPWA可分為兩類：一類是工作于未授權(quán)頻譜的LoRa、SigFox等技術(shù)；另一類是工作于授權(quán)頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術(shù)，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

　　接下來電子發(fā)燒友小編為你帶來LPWA的兩類技術(shù)詳解：

　　LoRa

　　LoRa并不是一個陌生的技術(shù)，它目前應(yīng)用最為廣泛的LPWAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，這一協(xié)議源于SemTech公司，該公司計劃將逐步授權(quán)其他源文件。

　　LoRa無線技術(shù)的主要特點：

　　長距離：1 ~ 20 km

　　節(jié)點數(shù)：萬級，甚至百萬級

　　電池壽命：3~10年

　　數(shù)據(jù)速率0.3~50kbps

　　LoRa作為一種無線技術(shù)，基于Sub-GHz的頻段使其更易以較低功耗遠(yuǎn)距離通信，可以使用電池供電或者其他能量收集的方式供電。較低的數(shù)據(jù)速率也延長了電池壽命和增加了網(wǎng)絡(luò)的容量。LoRa信號對建筑的穿透力也很強。LoRa的這些技術(shù)特點更適合于低成本大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)部署。

　　在城市里，一般無線距離范圍在1~2公里，郊區(qū)或空曠地區(qū)，無線距離會更遠(yuǎn)些。網(wǎng)絡(luò)部署拓?fù)洳季挚梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用和和場景設(shè)計部署方案。LoRa適合于通信頻次低，數(shù)據(jù)量不大應(yīng)用。一個網(wǎng)關(guān)可以連接多少個節(jié)點或終端設(shè)備，按照Semtech官方的解釋：一個SX1301有8個通道，使用LoRaWAN協(xié)議每天可以接受約150萬包數(shù)據(jù)。如果你的應(yīng)用每小時發(fā)送一個包，那么一個SX1301網(wǎng)關(guān)可以處理大約62500個終端設(shè)備。

　　LoRa應(yīng)用

　　從目前的LoRa應(yīng)用情況來看，主要有數(shù)據(jù)透傳和LoRaWAN協(xié)議應(yīng)用。目前還是用LoRa作為數(shù)據(jù)透傳的多，由于網(wǎng)關(guān)技術(shù)和開發(fā)的門檻比較高，使用LoRaWAN協(xié)議組網(wǎng)的應(yīng)用還是比較少。

　　從LoRa網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面看，有大網(wǎng)和小網(wǎng)之分。小網(wǎng)是指用戶自設(shè)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，自成一個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；大網(wǎng)就是大范圍基礎(chǔ)性的網(wǎng)絡(luò)部署，就像中國移動的通信網(wǎng)絡(luò)一樣。從LoRa行業(yè)從業(yè)者來看，有不少電信運營商也參與其中。隨著LoRa設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的增多，相互之間的頻譜干擾是存在的，這就對通信頻譜的分配和管理提出了要求，需要一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理的機制，一個大網(wǎng)的管理。

　　LoRa應(yīng)用需要考慮的幾個問題：

　　距離或范圍

　　供電或功耗

　　節(jié)點數(shù)

　　應(yīng)用場景

　　成本

　　相對于其他無線技術(shù)（如Sigfox、NB-IOT等），LoRa產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟、商業(yè)化應(yīng)用較早。此前，Microchip公司宣布推出支持LoRa的通信模組，法國Bouygues電信運營商宣布將建設(shè)一張新的LoRa網(wǎng)絡(luò)。Semtech也與一些半導(dǎo)體公司（如ST，Microchip等）合作提供芯片級解決方案，有利于客戶獲得LoRa產(chǎn)品并采用LoRa無線技術(shù)并實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　另外，LoRa聯(lián)盟已于今年年初成立，是LPWAN領(lǐng)域第一個產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，旨在通過構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的方式推動LoRa的普及。

　　SigFox

　　SigFox也是商用化速度較快的一個LPWAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它采用超窄帶技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備消耗50微瓦的功率為雙向單向通信或100微瓦。相比較而言，移動電話通信則需要約5000微瓦。這就意味著，接入Sigfox網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備每條消息最大的長度大約為12字節(jié)，并且每天每個設(shè)備所能發(fā)送的消息不能超過140條。再說說覆蓋范圍，該公司希望他們的網(wǎng)絡(luò)可以覆蓋至1000公里并且每個基站能夠處理一百萬個對象。

　　這一協(xié)議由SigFox公司擁有，其創(chuàng)始人是法國企業(yè)家Ludovic Le Moan，主要打造低攻耗、低成本的無線物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)。

　　Sigfox今年建網(wǎng)動作

　　2016年2月，SigFox開始在捷克建網(wǎng)，該項目稱為SimpleCell。經(jīng)過一個半月的部署，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋的城市和直轄市已經(jīng)超過3300個，超過了原計劃要覆蓋6245個地點的一半。在與T-Mobile合作下，如今已經(jīng)建成了60多個的SimpleCell基站，并計劃在今年5月份完成對所有地區(qū)的部署。

　　2016年4月，SigFox攜手Thinxtra在澳大利亞和新西蘭部署物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，從而為成千上萬待聯(lián)網(wǎng)的傳感器提供全球性、效益高、節(jié)能的通信解決方案。通過本次合作SigFox也將部署全球網(wǎng)絡(luò)的觸角伸到了到亞太地區(qū)，為該公司在亞太地區(qū)部署自己的網(wǎng)絡(luò)樹立了一塊里程碑，標(biāo)志著該公司2016年在30多個國家推出服務(wù)跨出了重要的一步。

　　Sigfox與模塊制造商、設(shè)備制造商、芯片制造商、物聯(lián)網(wǎng)平臺提供商等產(chǎn)業(yè)鏈上的眾多企業(yè)都建立了合作關(guān)系，如：

　　與芯科實驗室的合作，將該實驗室的EZRadioPRO無線收發(fā)器和UNB技術(shù)相結(jié)合；

　　與Atmel在遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)連接領(lǐng)域也開展了合作，通過了SIGFOXReadyTM認(rèn)證的ATA8520器件，是首款通過該認(rèn)證的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案；

　　攜手TI共同打造高成本效益、遠(yuǎn)程、低功耗物聯(lián)網(wǎng)連接，讓TI的CC1120 Sub-1GHz RF收發(fā)器在搭配UNB技術(shù)后提供最遠(yuǎn)范圍的連通性及強大的抗干擾性；

　　同基礎(chǔ)設(shè)施提供商Arqiva合作啟用了第一個站點。