用于所有設(shè)備的智能網(wǎng)絡(luò)

將來(lái)城市中幾乎所有的設(shè)備都將聯(lián)網(wǎng)，然而，現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)并不足以滿足類似的應(yīng)用需求，那么新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)LPWAN將改變這一現(xiàn)狀。

將來(lái)所有的設(shè)備都將聯(lián)網(wǎng)，除了電腦、智能手機(jī)、平板電腦和各種消費(fèi)電子產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)將蔓延至整個(gè)城市。據(jù)估計(jì)，2025年約有300億的設(shè)備將接入網(wǎng)絡(luò)，但是像WLAN或LTE這些現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將無(wú)法滿足這一應(yīng)用需求，為此，我們需要有新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以滿足這些設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。哪些設(shè)備將需要新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)呢？目前，科技巨頭、企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)正在規(guī)劃用于滿足人與物、物與物連接的物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IOT），智能家居、工業(yè)數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用的一般是短距離的通信技術(shù)，而所有需要遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的設(shè)備，例如公園長(zhǎng)椅、垃圾桶、停車場(chǎng)、路燈、自行車，它們都將需要使用新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。所謂低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network，簡(jiǎn)稱LPWAN）就是為此應(yīng)運(yùn)而生的遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，包含各種開放和專有的解決方案。下面，CHIP將為大家介紹這個(gè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

超過(guò)10年的電池壽命

用于解決LPWAN無(wú)線通信技術(shù)的硬件與普通的網(wǎng)絡(luò)硬件有比較大的區(qū)別，它們主要作為傳感器使用，必須有較低的制造和維護(hù)成本，并且電池需要能夠維持10年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。在本文的表格中，列舉了目前LPWAN標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中的應(yīng)用方案。它們的結(jié)構(gòu)基本類似，設(shè)備與周圍的基站聯(lián)網(wǎng)，傳感器通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接，網(wǎng)關(guān)收集數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)的服務(wù)器。而這些服務(wù)器，同時(shí)也作為用戶的接入點(diǎn)。

如果我們正嘗試尋找一個(gè)停車位，那么應(yīng)用程序?qū)⒎催^(guò)來(lái)通過(guò)Web服務(wù)訪問(wèn)停車傳感器送到網(wǎng)關(guān)的信息。在這種情況下，傳感器將只使用窄波段（100Hz）和具有良好傳播特性的頻率。它們大多工作在1GHz以下未經(jīng)授權(quán)的區(qū)域，這可以避免監(jiān)管部門的問(wèn)題，但也有一個(gè)重要的缺點(diǎn)：有很多電臺(tái)都使用這些區(qū)域，所以會(huì)導(dǎo)致不少干擾。不過(guò)，盡管許多新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)都要求必須有一個(gè)穩(wěn)定的誤碼率，但是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)這種情況很常見。然而，也有其他的方法，例如通過(guò)一個(gè)特殊版本的LTE（LTE-M），這種基于LTE演進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有全雙向交換數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。另一種與LTE-M競(jìng)爭(zhēng)的SigFox協(xié)議則能夠支持雙向發(fā)送方式，但該技術(shù)使用一個(gè)極低的帶寬，上傳的信道極窄，因此，傳感器的更新可能會(huì)因此變得非常頻繁。

如果需要將所有的城市連接起來(lái)，那么不僅需要考慮傳感器的成本，還需要考慮基站的數(shù)量問(wèn)題。而在距離達(dá)到10km的情況下，LPWAN標(biāo)準(zhǔn)顯然比傳統(tǒng)的移動(dòng)通信更有優(yōu)勢(shì)。例如，SigFox大約只用1 500個(gè)基站即可覆蓋美國(guó)加利福尼亞州，而移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商則需要20 000個(gè)發(fā)射塔才可以覆蓋這樣的一個(gè)地區(qū)。按照LPWAN標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以支持很多設(shè)備。LTE-M可以支持20 000個(gè)甚至有可能是50 000個(gè)所謂節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，而NB-Fi無(wú)線技術(shù)準(zhǔn)備通過(guò)一個(gè)網(wǎng)關(guān)支持超過(guò)100萬(wàn)的設(shè)備。不過(guò)，這里所謂的支持，并不是支持這些設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。按照LPWAN的設(shè)計(jì)，在一個(gè)典型的城市網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)每個(gè)設(shè)備平均一天報(bào)告兩次。不過(guò)，盡管如此，LPWAN標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)關(guān)大多必須同時(shí)處理多達(dá)5 000個(gè)數(shù)據(jù)傳輸。

混合WLAN技術(shù)

自2016年開始，一種低能耗的WLAN標(biāo)準(zhǔn)WiFiHaLow（IEEE 802.11ah）開始出現(xiàn)。如同這里介紹的LPWAN標(biāo)準(zhǔn)，WiFiHaLow工作在1GHz（歐洲861MHz～868MHz）頻段，并使用與普通WLAN標(biāo)準(zhǔn)相比非常窄的通道（1MHz、2MHz），使其覆蓋范圍提高到約1km。不過(guò)，IEEE 802.11ah并不是LPWAN的直接競(jìng)爭(zhēng)者，而是作為家庭網(wǎng)絡(luò)未來(lái)連接更多本地設(shè)備的一種補(bǔ)充。

結(jié)合LPWAN標(biāo)準(zhǔn)

目前，LPWAN技術(shù)的提供者往往各自為政，雖然也有網(wǎng)絡(luò)硬件可以支持多種LPWAN技術(shù)，但是這種硬件通常是比較昂貴的，與LPWAN應(yīng)用的需求背道而馳。歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)研究所（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute，簡(jiǎn)稱ETSI）倡議統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為現(xiàn)有LPWAN技術(shù)設(shè)置一個(gè)名為oneM2M的互操作層，除了讓LPWAN標(biāo)準(zhǔn)之間可以協(xié)作之外，oneM2M也提供一些額外的安全功能。