Wi-Fi和LoRaWAN兩種技術(shù)之間是如何協(xié)同運作的？

如果您目前正在實施物聯(lián)網(wǎng)（IoT），那么您可能已經(jīng)花了很多時間在研究無線連接解決方案，因為這畢竟有太多的選擇。然而，Wi-Fi和LoRaWAN這兩種技術(shù)在作為從邊緣到云端的端對端解決方案時，能夠發(fā)揮極具吸引力的加乘綜效。因此，從工業(yè)設(shè)施到全世界各大城市的種種應(yīng)用，也都可以搭配使用這兩種技術(shù)。為了深究其因，讓我們先了解二者之間如何協(xié)同運作。

物聯(lián)網(wǎng)需要從邊緣裝置（例如各種類型傳感器）到因特網(wǎng)（Internet）的連接能力。在邊緣，典型的協(xié)議選擇是從基于802.15.4的標(biāo)準(zhǔn)、藍牙或Wi-Fi之中擇其一，因為每一種標(biāo)準(zhǔn)都具有網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（mesh）功能。數(shù)據(jù)就透過該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳送到網(wǎng)關(guān)，然后再透過蜂巢式或低功耗無線局域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）傳送到因特網(wǎng)。

Wi-Fi是唯一可提供極高數(shù)據(jù)速率的協(xié)議。然而，其缺點在于接取點消耗大量功率，其可視范圍（LoS）也僅約200公尺，使用20MHz或更高的通道帶寬，并可在2.4GHz和5GHz的頻率下運行，但無法穿透結(jié)構(gòu)，其頻率也較低。

相形之下，使用LoRaWAN的邊緣裝置僅消耗微安培（uA）的電流，使用鈕扣電池即可持續(xù)運作好幾年。該協(xié)議使用非常窄的500kHz或更小通道寬度以及20dBm （50mW）的最大發(fā)射功率。此外，在北美，采用從914MHz到928MHz的頻率范圍運作，不僅可穿透結(jié)構(gòu)，同時還支持更長的傳輸距離。

對于一項發(fā)射功率極小且天線經(jīng)?！?a target="_blank">電氣短接”（electrically short）的技術(shù)而言，“長距離覆蓋范圍”這項特性似乎有悖于直覺。但是，由于LoRa無線電使用線性調(diào)頻頻譜調(diào)變和基于頻段擴展的相關(guān)機制，因此，即使遠低于噪聲級的19.5dB極其微弱訊號，也可以由接收器進行解調(diào)。業(yè)余愛好者曾對此進行測試，其結(jié)果令人印象深刻或甚至“驚艷”，也就不足為奇了。今年7月，西班牙的一支工程師團隊使用氣球安裝的定向天線，搭配Hope Electronics的RFM95W收發(fā)器以14 dBm （25mW發(fā)射功率）的RF輸出，寫下了766公里的世界紀(jì)錄。

從西班牙Alfamen發(fā)射7個不同大小的氣球，使用LoRaWAN的氣球以25nW發(fā)射功率達到距離766公里的世界紀(jì)錄。

那為什么不直接使用LoRaWAN就好？

當(dāng)然，認(rèn)定單獨使用LoRaWAN就足夠而不必非得與Wi-Fi搭配使用，也是很合理的，因為它畢竟提供了端對端解決方案的一切必要條件，而且LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)也已經(jīng)成功地用于全球140多個國家了。然而，Wi-Fi能夠達到LoRaWAN無法提供的傳輸速率和低延遲性能。這意味著在越來越多的情況下，這兩種截然不同的技術(shù)得以連手產(chǎn)生一些Wi-Fi和LoRaWAN無法單獨提供的解決方案。因此，這種強大的組合開啟了一系列更廣泛的應(yīng)用。

而且整合這兩種技術(shù)也非常容易。多家裝置制造商都打造了可同時支持Wi-Fi和LoRaWAN的收發(fā)器和網(wǎng)關(guān)，也提供可插入LoRaWAN網(wǎng)關(guān)的Wi-Fi接取點配接器。兼容LoRaWAN/Wi-Fi的最新網(wǎng)關(guān)尺寸比起其前代產(chǎn)品更小，通常只有兩支智能型手機堆棧在一起的大小，而且其成本正逐漸降低，甚至降到比標(biāo)準(zhǔn)消費性Wi-Fi接取點還要低。許多產(chǎn)品還提供對于藍牙、GPS和LoRaWAN各種功能的支持，并包括不同的安全等級。設(shè)定支持這種雙協(xié)議的網(wǎng)關(guān)也非常簡單，只需透過網(wǎng)關(guān)提供的軟件或智能型手機應(yīng)用程序（App）即可。

將LoRaWAN傳感器產(chǎn)生的資料移至Wi-Fi的過程幾乎可以立即完成，而且還可加以調(diào)整以便在特定情況下啟動。例如，當(dāng)使用LoRaWAN的攝影機檢測到動作并開始錄制視頻時，可以將傳輸功能切換成Wi-Fi，才有足夠的帶寬和速度將視頻影片傳送上云端。

另一個例子是定位和追蹤，可以透過LoRaWAN傳感器“嗅探”Wi-Fi接取點，并將符合要求的幾個接取點傳送到LoRaWAN云端，然后再透過三角測量和精確的時間戳來實現(xiàn)地理定位。即使是單個IoT裝置也可能在室內(nèi)實現(xiàn)約10公尺的Wi-Fi地理定位精確度，具體取決于有多少可用的Wi-Fi接取點。例如，具有五個強大Wi-Fi訊號的垂直標(biāo)高定位約為5公尺，而在市區(qū)的戶外約為20公尺。

當(dāng)采用IEEE 802.11mc標(biāo)準(zhǔn)提供精密的定時測量（也稱為往返時間或RTT）時，也可以提高準(zhǔn)確性。IEEE 802.11mc在精確定位技術(shù)方面的最新進展較鮮為人知，因為它一直到最近才引起媒體關(guān)注，但它其實已經(jīng)整合至Android P操作系統(tǒng)，可望在未來幾年開始看到更廣泛的部署。IEEE 802.11mc可以將定位精度提高到大約1公尺，并提供垂直（Z軸）位置信息，這些都在過去是無法實現(xiàn)的。

Wi-Fi RTT能夠讓三軸的位置誤差均降低到大約1公尺，而實現(xiàn)達到1公尺的定立精度。例如讓第一個出動救援的人員更快定位到需要幫助的人、使用智能型手機撥打911，以及在多層建筑物的公寓中精確地定位。而當(dāng)啟用RTT的Wi-Fi接取點和LoRaWAN一起使用時，還可以將這樣的精確確度擴展到遠程位置。

LoRaWAN和Wi-Fi能有效地協(xié)同運作，這并不是其他無線通信技術(shù)（無論是短距離還是長距離）所能實現(xiàn)的。蜂巢式網(wǎng)絡(luò)可以完成LoRaWAN的大部份工作，但還需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施，而且部署成本更高，消耗更多的裝置電池壽命，使得對于IoT通訊網(wǎng)絡(luò)的控制受限。因此，LoRaWAN崛起成為最廣泛部署的LPWAN技術(shù)，而且由于Wi-Fi可在短距離內(nèi)提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，超越其他所有解決方案更高一個數(shù)量級。LoRaWAN和Wi-Fi共同打造了獨特的解決方案。
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