什么是低功耗廣域網(wǎng)絡？

　　物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢愈發(fā)迅猛，然而功耗、距離、成本的一系列的問題卻讓物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展百受滯礙，低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)正是基于對這些需求的解決，憑借其低功耗，遠距離的優(yōu)勢打破物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸助力物聯(lián)網(wǎng)的騰飛。

　　物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢一覽

　　無線通訊技術繼LTE(4G)之后，單純的速率提升，已經(jīng)不再能夠滿足日益增加的用戶需求，開始往兩個方向發(fā)展，走了兩條截然不同的道路：一條是繼續(xù)提升通信速率的5G技術;另一條則是降低通信速率，同時降低功耗、增大覆蓋范圍、增加接入節(jié)點數(shù)的LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)技術。

　　伴隨著無線通訊技術以及新一代物理及新材料技術的發(fā)展，傳感器、聯(lián)網(wǎng)處理器以及帶寬的成本有了大幅度的降低，物聯(lián)網(wǎng)朝著萬物互聯(lián)互通的方向有了長足的進步。網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)里的重要一環(huán)，毫無疑問以NB-IOT和Lora為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)是目前和未來發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)的風頭行業(yè)。其次，基于對安全性，功耗以及可靠性的需求，在靠近物或者數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側就近提供各項服務的邊緣計算將成為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢之一，而基于邊緣計算更進一步，在邊緣側部署人工智能的終端智能(邊緣智能)也初見崢嶸，目前國內外已有多家芯片或人工智能公司投入研發(fā)低功耗AI芯片，未來更多的數(shù)據(jù)計算將交由終端設備完成，智能將下沉到終端設備。同時伴隨著區(qū)塊鏈的興起，把物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈相結合的物鏈網(wǎng)，能有效降低物聯(lián)網(wǎng)運營成本，解決安全隱私以及挖掘商業(yè)價值已成為行業(yè)內的獨角獸。

　　什么是LPWAN?

　　之前提到低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)是當前物聯(lián)網(wǎng)的風頭行業(yè)，那么LPWAN到底有什么優(yōu)勢能讓它占領風口獨領風騷呢?下面我們從幾個方面揭開LPWAN的面紗。

• 　　 距離

　　常見的近距離無線通信技術，如Wi-Fi、藍牙等，通信距離一般幾十米，若要覆蓋一個地區(qū)一個城市的網(wǎng)絡，則部署成本會較高。而低功耗廣域網(wǎng)無線通信距離可達幾公里，甚至幾十公里。無線通信距離的增加，為物聯(lián)網(wǎng)應用帶來了新的發(fā)展空間，補上了物聯(lián)網(wǎng)無線通信距離的短板，為物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模的應用部署提供了技術支撐。

• 　　 速率

　　電腦、手機上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁、視頻等應用需求追求的是高數(shù)據(jù)速率，速度越快越好。而另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的一些應用中，數(shù)據(jù)速率并非越快越好，通訊頻次低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也非常少，如抄表等。

• 　　 功耗

　　高數(shù)據(jù)速率帶來的是高功耗，需要有充足的電源供應。而低功耗廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率低，終端節(jié)點僅需要少量的電能就可以維持工作，這樣就可以使用電池供電或其他的能量收集的方式供電，這有助于在一定范圍內使終端節(jié)點可以大規(guī)模地接入網(wǎng)絡。

• 　　 授權

　　無線電頻譜是有限、不可再生的自然資源，目前各國的頻譜管理大多數(shù)采用固定頻譜分配策略，即頻譜資源由政府主管部門管理并分配給固定的授權用戶，這樣能夠確保各用戶之間避免過多相互干擾，更好利用頻譜資源。目前頻譜資源可分為兩類：授權頻譜和非授權頻譜，在LPWAN的授權頻譜中比較有代表性的就是NB-IOT，在LPWAN中非授權頻譜比較有代表性的就是Lora。一般來說，如果搭建的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模大，例如覆蓋城市甚至國家那么選擇授權頻譜是一個較好的選擇，如果是商業(yè)化運營，自己搭建網(wǎng)絡，那么非授權頻譜的成本較低。

　　低功耗廣域網(wǎng)絡，顧名思義，最突出的優(yōu)勢就是功耗低，以及傳輸距離遠。

　　長距離：根據(jù)部署環(huán)境不同，一個網(wǎng)關或基站可以覆蓋幾公里，甚至幾十公里

　　低數(shù)據(jù)速率：數(shù)據(jù)速率一般不超過5kbps，每天幾次的通信頻次，每次幾十到幾百個字節(jié)不等。

　　低功耗：電池供電或其他能量收集供電，可以維持幾年，甚至更久。下圖為LPWAN特性指標：

　　LPWAN特性指標

　　為什么LPWAN如此重要?

　　當前物聯(lián)網(wǎng)正朝著大規(guī)模部署的方向發(fā)展，而LPWAN憑借其低功耗，廣域的優(yōu)秀性能在物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模部署中占據(jù)著舉足輕重的地位。在目前推進的中國制造2025以及智慧城市建設發(fā)展中有著非常好的相性，17年工信部印發(fā)《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)(NB-IOT)建設發(fā)展的通知》極大地推進了LPWAN的發(fā)展。而隨著邊緣計算類產(chǎn)品的普及，只需要將核心數(shù)據(jù)進行傳輸就可以完成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建。LPWAN完全可以滿足當前對小數(shù)據(jù)量吞吐的要求，如同物聯(lián)網(wǎng)的血管，實現(xiàn)互聯(lián)互通。

　　成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)領導企業(yè)是我們致遠電子的追求，致遠電子致力于構建感知控制、互聯(lián)互通、人工智能和服務模式生態(tài)系統(tǒng)。無線通訊是物聯(lián)網(wǎng)的基礎核心技術，致遠電子始終聚焦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)前沿技術。目前，致遠電子針對超遠距離無線通信推出的一款LoRa核心板LM400T，用戶可基于AMetal平臺進行快速二次開發(fā)，提供支持一鍵自組網(wǎng)功能，重點突破了LoRa協(xié)議開發(fā)難的問題。同時，針對不同行業(yè)應用，LM400T配備了專用抄表協(xié)議、CLAA協(xié)議以及LoRaWAN協(xié)議等。在硬件上，LM400T采用獨有的頻譜擴寬技術，完美解決了小數(shù)據(jù)量在復雜環(huán)境中的超遠距離通信問題。

　　同時基于用戶對短距離多組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)搭建需求，致遠電子ZigBee透傳模塊: AW/ZM5161系列，模塊內部搭載健壯的FastZigBee組網(wǎng)透傳協(xié)議，用戶無需接觸復雜的無線協(xié)議，即可快速搭建ZigBee網(wǎng)絡并突破了傳統(tǒng)ZigBee無線網(wǎng)絡可加入節(jié)點數(shù)量過少的技術瓶頸。

　　Zigbee透傳模塊實物圖