LPWAN技术的优势与问题
发布时间：2021-06-01 14:36:19 所属栏目：百科 来源：互联网
导读：一、什么是LPWAN？ 物联网（InternetofThings，IoT）是指由全球数十亿个装置连接到Internet所组成的一个网络。常见的物联网装置包括穿戴式装置和智能家居装置等。这类应用基本上是以牺牲部分隐私为代价，来获得某些便利。在工业领域，物联网的优势极为显著
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一、什么是LPWAN？
物联网（InternetofThings，IoT）是指由全球数十亿个装置连接到Internet所组成的一个网络。常见的物联网装置包括穿戴式装置和智能家居装置等。这类应用基本上是以牺牲部分隐私为代价，来获得某些便利。在工业领域，物联网的优势极为显著，不仅可提升生产力、降低成本、减少能源消耗，同时还可让机器读取海量数据，并据此执移动作。借助分析所有物联网装置所产生的数据，您可增进工作效率，或是为客户提供更优质的服务。由于您能够更深入地了解客户，因此可提供新型态服务并扩大服务范围。 不过，当今大多数无线技术仍无法因应物联网的要求，尤其是在覆盖范围或电池使用寿命方面。 为了满足物联网要求，您必须在数据速率、功耗和覆盖范围之间加以取舍。如欲实现低功耗，则须被迫牺牲数据速率。 ZigBee、BTLE和NFC能以中等数据速率和低功耗，提供短距的覆盖范围。 LPWAN是一项可同时满足覆盖范围和电池使用寿命需求的技术。它能以极小的功耗提供最长距离的覆盖范围，而且数据速率仅略微下滑。 很多智慧城市和智能公用事业应用，例如智能路灯、湿度传感器、智能计量和智能停车等，对数据速率的要求不高，但却需要非常宽广的覆盖范围。这就是LPWAN能够派上用场的地方。 二、LPWAN技术比较 由于蜂巢式网络成本很高，用电量也很大，并需使用昂贵的硬件和服务，于是很多网络供货商便转而使用非授权的频谱（例如LoRa、SIGFOX和Telensa）来开发其无线网络。这些供货商主要针对关键基础设施和农业等应用，开发自己的低成本基地台。他们从小覆盖范围开始，逐步将基础设施的覆盖范围扩充到全国或全区，最后再透过蜂巢式回程链路连接到云端。 另一方面，3GPPNB-IoT或LTECat-M1等需要授权的LPWAN技术，支持对现有蜂巢式基础设施进行软件更新，例如升级现有的LTE和GSM基地台。借助重复利用现有的3G或4G频谱，他们可迅速地实现国内和国际的覆盖与部署。这些技术可为需要依赖宽广覆盖范围的应用提供支持，例如车辆追踪、宠物追踪和物流。为因应技术演进的需求，他们持续制订更强大的标准，以便将服务扩充到其他领域，例如移动通讯、漫游、安保和身份验证。 授权和非授权LPWAN技术有一些共同点：链路预算都很高、电池使用寿命很长。两者主要的差别在于，围绕这些技术的生态体系不同。 SIGFOX是一个由多家芯片商组成的生态体系，其产品使用次GHz频谱波段，由Sigfox公司负责管理协议和认证。该公司提供非常小的封包（12字节）和非常低的装置成本，是最早的LPWAN厂商之一。 LoRa是一项专属技术，其芯片由Semtech提供。LoRaWAN是以LoRa联盟开发和认证的LoRa技术为基础所建立的协议。LoRaWAN主要是一个媒体访问控制（MAC）层协议，为应用提供极高的灵活性，但也给开发完整解决方案的工程师带来了一大挑战。 窄频物联网（NB-IoT）、LTECat-M1和EC-GPRS都是蜂巢式物联网标准，它们采用多家厂商芯片或装置的多厂商生态体系。和其它蜂巢式格式一样，其认证由GCF/PTCRB管理。您只需将现有的蜂巢式基础设施所使用的软件升级，便可支持这些新技术。虽然它们比非授权的技术晚几年问世，但发布之后便广为国内和国际企业采用，以支持需要大覆盖范围的应用，例如车辆追踪、物流和资产追踪。 LTECat-M1根据3GPP发布的LTE技术修订而来，是现有技术的简化版本。它使用更简单、更便宜的芯片组，并可提供比其他LPWAN技术更快的数据速率。LTECat-M1还可借助对现有LTE基础设施进行软件更新来获得支持。Cat-M1最初部署于美国。 NB-IoT是3GPP发布的一项全新技术，可借助对LTE或现有RAN基础设施进行软件更新来获得支持。相较于其他技术，其优点是装置成本相对较低、链路预算良好。NB-IoT最初主要部署于亚洲或欧洲。 EC-GPRS是GPRS的改良版本，可借助对现有GSM基础设施进行软件更新来获得支持。透过信号中继或重新传输，它可实现比GPRS更好的链路预算。 其他LPWAN格式还包括Telensa、Ingenu和Weightless。Telensa是单一厂商装置，其中使用了多家厂商的芯片，并且在次GHz的频段内运作。这家垂直整合制造商主要致力于智慧路灯照明业务，并开始进入停车传感器领域。Telensa已被广泛部署于英国、美国和亚洲的路灯照明应用上。Ingenu以其专有的RPMA技术为基础，并在非授权的2.4GHz频段运作。Weightless拥有三种不同的无线设计，并由WeightlessSpecialInterestGroup（SIG）进行管理。 三、LPWAN的要求和挑战 LPWAN技术形形色色，各不相同，但是为了满足物联网应用的要求，它们都有一些共同的特性。 可靠性：提供10年或更长的运作时间，无需人力介入，可在物联网服务中断后自行恢复运作 高密度：支持大量连接装置 低成本：模块单价不到5美元 出色的电池续航力：寿命长达10年以上，通常一天可发送几则讯息，每则包含数十个字节，以便延长电池续航力 最大覆盖范围：可覆盖难以到达或地处偏远的区域 对于物联网装置供货商来说，要想满足这些要求是一大挑战。 可靠性：为确保可靠性，装置厂商必须在实验室或生产在线重建不同的实际运作情境，并以高度的可重复性进行测试。他们还需测试一些不利的情境，例如物联网服务器停机并出现连接故障，确保装置能够自行恢复运作，并且不会消耗过多电量。 最大的覆盖范围：为确保最大覆盖范围，制造商需模拟不同的射频环境，包括遥远位置、地下室、隐蔽场所、混凝土建筑物及工业环境等，这些环境中的射频条件差异很大。装置制造商需执行发射器和接收器特性分析，以了解物联网装置在这些不同射频条件下的效能。 更长的电池续航力：为了延长电池续航力，制造商需分析物联网装置在运作、闲置、待机和休眠模式下的电流消耗情况。装置制造商还需重新建立各种运作条件，例如远程软件更新、极限覆盖条件下的重复传输，以及装置无法连接到服务器等条件，以充分掌握每一种情境中，分别需要消耗多大电流。 低组件成本：为了有效降低组件成本，很多制造商使用低成本组件并简化硬件设计。这些组件的效能必须经过精密的特性分析，以确保其可靠性不受影响。审慎挑选正确的测试装置，能有助于降低组件成本。一套完整的解决方案可涵盖从设计、制造到相符性测试的整个产品开发周期，以协助客户大幅降低测试装置的资本支出。 支持广泛的格式：很多制造商的产品采用不同的LPWAN技术，以满足不同应用和国家的要求。因此，他们需要支持最多LPWAN技术的测试解决方案。 验收或认证测试：使用蜂巢式技术的组件，例如NB-IoT模块和Cat-M1模块，必须通过GCF和PTCRB等认证和管理测试。您必须对这些组件执行多种使用案例测试，确保其符合相关标准。 （编辑：温州站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
