物聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)內(nèi)部

好吧，我們知道物聯(lián)網(wǎng)很重要，在過(guò)去的三四年里，你不能去參加會(huì)議或閱讀一篇以EE為重點(diǎn)的文章，而不會(huì)被有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的信息轟炸。但是，在我看來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)置和部署的進(jìn)展非常緩慢。首先，我們?nèi)栽谠噲D弄清楚使用哪種形式的LPWAN來(lái)連接數(shù)百萬(wàn)個(gè)傳感器和執(zhí)行器，這些傳感器和執(zhí)行器是無(wú)數(shù)不同應(yīng)用的一部分。

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)正計(jì)劃將幾乎所有東西連接到互聯(lián)網(wǎng)，以便我們可以測(cè)量、監(jiān)控和跟蹤它們。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要一些遠(yuǎn)程無(wú)線通信方法——比WiFi、ZigBee或藍(lán)牙獲得的距離要遠(yuǎn)得多。為此，有三種可行的無(wú)線連接類型：衛(wèi)星、蜂窩和低功耗廣域網(wǎng) （LPWAN） 網(wǎng)絡(luò)。

基于衛(wèi)星的無(wú)線連接

衛(wèi)星系統(tǒng)需要大量設(shè)備和大量電力，因此它們不適合許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。但對(duì)于某些人來(lái)說(shuō)，這是完美的。以下是一些可用的衛(wèi)星連接。ViaSat-1已經(jīng)為飛機(jī)和地面用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)一段時(shí)間了，并聲稱它擁有700萬(wàn)客戶。ViaSat-000于2月推出，將為住宅客戶提供100Mbps的速度。休斯于2年2016月發(fā)射了第二顆高容量木星4號(hào)衛(wèi)星，SpaceX已申請(qǐng)?jiān)试S發(fā)射驚人的425，25顆衛(wèi)星。Exede目前以高達(dá)50Mbps的下載速度提供基于衛(wèi)星的互聯(lián)網(wǎng)，每月<>美元。

基于蜂窩的連接

NB-IoT和LTE-M通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)提供連接。蜂窩連接顯然是一種選擇，盡管設(shè)備和服務(wù)比LPWAN系統(tǒng)更昂貴。蜂窩的主要好處是它為用戶提供了一個(gè)全球網(wǎng)絡(luò)。但是，當(dāng)然，也有死角需要處理 - 然后還有電話公司需要處理。問(wèn)題是，它有一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，而其他人正在建設(shè)。

第三代合作伙伴計(jì)劃 （3GPP） 聯(lián)合了七個(gè)電信標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織，并提供定義 3GPP 蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的規(guī)范，包括窄帶物聯(lián)網(wǎng) （NB-IOT） WAN 和 LTE-M 實(shí)施。就像我在下面所說(shuō)的LPWAN一樣，這些網(wǎng)絡(luò)允許節(jié)點(diǎn)電池壽命長(zhǎng)達(dá)3年，適用于各種用例。他們將在10/2017年推出低成本調(diào)制解調(diào)器。

LPWAN網(wǎng)絡(luò)

各種版本的LPWAN可能是成本最低和最簡(jiǎn)單的方法。它們往往非常可靠，具有非常低功率的節(jié)點(diǎn)（一塊電池可以使用 10 年），并且易于設(shè)置。但是，有許多版本在爭(zhēng)奪您的注意力，每個(gè)版本都有其優(yōu)點(diǎn)，有些版本可能不會(huì)停留很長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際上，有些人不會(huì)停留很長(zhǎng)時(shí)間。

Wi-Fi聯(lián)盟開發(fā)了HaLow LPWAN技術(shù)。該技術(shù)在頻譜的902MHz至928MHz部分運(yùn)行，以150kbps至18Mbps的速度傳輸數(shù)據(jù)，傳輸范圍可達(dá)1公里。它使用IEEE802.11ah，這很像縮小的WiFi連接。

RPMA

（隨機(jī)相位多址）LPWAN技術(shù)由Ingenu提供，使用具有直接序列擴(kuò)頻（DSSS）和差分BPSK調(diào)制的2.4GHz頻譜。它提供634kbps的峰值數(shù)據(jù)速率 - 所有LPWAN版本中最高的。與SigFox一樣，它是由公司及其合作伙伴運(yùn)營(yíng)的專有網(wǎng)絡(luò)，您必須訂閱此網(wǎng)絡(luò)。RPMA正在追求成為全球網(wǎng)絡(luò)的宏偉目標(biāo)，并正在建造其塔，有可能維護(hù)多達(dá)30萬(wàn)臺(tái)具有雙向傳輸?shù)脑O(shè)備。目前，美國(guó)大約有<>個(gè)“互聯(lián)城市”，還有更多。

LoRa

LoRa為L(zhǎng)oRa聯(lián)盟倡導(dǎo)的雙向設(shè)備提供開放標(biāo)準(zhǔn)，成員包括IBM、瑞薩電子、思科、Semtech和STMicro。該技術(shù)使用線性調(diào)頻擴(kuò)頻調(diào)制，數(shù)據(jù)速率為300bps至50kbps。要實(shí)現(xiàn)LoRa，您必須使用Semtech收發(fā)器芯片。Semtech的SX1276收發(fā)器芯片的價(jià)格約為每個(gè)4美元/3，000美元，并提供許多模塊。該公司為節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)收發(fā)器芯片。單個(gè)網(wǎng)關(guān)可以在暢通無(wú)阻的環(huán)境中與20英里外的數(shù)十萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)通信，發(fā)射功率為+20dBm，接收靈敏度高達(dá)-148dbm。根據(jù)我能找到的數(shù)據(jù)，我會(huì)說(shuō)大約 2kbps 將是任何遠(yuǎn)程應(yīng)用的數(shù)據(jù)速率。

Senet等公司提供LoRa基站和云數(shù)據(jù)管理的公共網(wǎng)絡(luò).但是，您也可以使用自己的網(wǎng)關(guān)。在城市中，信號(hào)可以穿透建筑物，達(dá)到一兩英里的范圍。終端節(jié)點(diǎn)可以使用兩節(jié) AAA 電池保持運(yùn)行長(zhǎng)達(dá) 10 年，為接收器提供 10mA 電流，在休眠模式下消耗低于 200nA。LoRaWAN 規(guī)范沒(méi)有任何方法來(lái)強(qiáng)制執(zhí)行服務(wù)質(zhì)量， 因此， 它可能不應(yīng)該用于關(guān)鍵應(yīng)用程序.

PNI傳感器公司開發(fā)了一個(gè)很好的當(dāng)前用例。PNI的PlacePod智能停車傳感器已安裝在蒙特利爾停車控制示范項(xiàng)目中。在擁擠的城市尋找停車位不僅煩人，而且浪費(fèi)燃料，污染空氣，并大大增加交通密度。通過(guò)每個(gè)停車位的傳感器，城市可以提供顯示所有可用空間的汽車應(yīng)用程序的地圖。該市使用傳感器數(shù)據(jù)來(lái)促進(jìn)其繁忙商業(yè)區(qū)的營(yíng)業(yè)額。他們還可以監(jiān)控使用情況，例如，查看殘疾人停車位何時(shí)已滿或未使用。LoRa網(wǎng)關(guān)只需要每隔幾個(gè)街區(qū)， 即使在復(fù)雜的混凝土叢林中， 從數(shù)百個(gè)傳感器收集數(shù)據(jù).埋在街上的傳感器必須在非常大的極端溫度和不同的射頻環(huán)境中工作。我與PNI Sensor的總裁兼首席執(zhí)行官Becky Oh進(jìn)行了交談，他說(shuō)：“蒙特利爾的65個(gè)傳感器工作得很好。我們與X-Telia合作，PlacePod傳感器部署在他們的公共LoRa網(wǎng)絡(luò)上。所有的廣域網(wǎng)連接都很穩(wěn)固。

Sigfox無(wú)線技術(shù)起源于同名的法國(guó)公司。它工作在868MHz和915MHz ISM頻段，占用的帶寬或功耗非常小。數(shù)據(jù)速率非常慢，為100bps至600bps，但由于其帶寬窄，短消息和162 dB鏈路預(yù)算，范圍可達(dá)50公里（31英里）。它具有雙向功能，但下游確實(shí)非常慢。

您必須連接到 Sigfox 網(wǎng)絡(luò)基站。他們幾乎覆蓋了整個(gè)歐洲，并在美國(guó)10個(gè)大城市，并且還在不斷增長(zhǎng)。原則上，Sigfox與每個(gè)國(guó)家/地區(qū)的一個(gè)合作伙伴（即所謂的Sigfox網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商）合作，并專注于在全球范圍內(nèi)部署盡可能多的覆蓋范圍。據(jù)傳訂閱費(fèi)低至 5 美元/年。

SigFox 上行鏈路消息具有高達(dá) 12 字節(jié)的有效負(fù)載，平均需要 2 秒才能到達(dá)監(jiān)控頻譜的基站。SigFox無(wú)線電使用超窄帶（UNB）調(diào)制和二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）。它是一個(gè)基于軟件的解決方案，其中所有網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算復(fù)雜性都在云中管理，而不是在設(shè)備上管理。SigFox僅提供基本的安全級(jí)別（16位加密）。該技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)免費(fèi)提供給芯片和模塊供應(yīng)商，目前有多家公司銷售SIGFOX芯片組、天線、擴(kuò)展和評(píng)估板，包括安森美半導(dǎo)體、德州儀器、意法半導(dǎo)體和Atmel/Microchip。

有三種已發(fā)布的失重 WAN 連接標(biāo)準(zhǔn)：Weightless-P、Weightless-N 和 Weightless-W，均由 Weightless SIG 管理。Weightless-P 是一種窄帶 （12.5KHz） LPWAN 全雙工同步網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持每個(gè)基站的大量終端設(shè)備，具有長(zhǎng)距離、多年的電池壽命和固件空中下載 （FOTA） 功能。Weightless-P 具有 625bps 至 100kbp 的自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率，具體取決于設(shè)備鏈路質(zhì)量和自適應(yīng)功率控制。它使用帶有頻道黑名單的跳頻。

Weightless SIG僅由三家公司組成：Ubiik，Arm和Accenture。這可能是好事，也可能是壞事。我確實(shí)看到Arm在他們的網(wǎng)站上沒(méi)有關(guān)于Weightless的內(nèi)容。Arm告訴我：Arm參與了Weightless SIG的成立，并且自成立以來(lái)一直在Weightless SIG董事會(huì)中擁有活躍成員。Arm支持更廣泛的LPWAN生態(tài)系統(tǒng)，包括LoRa，Sigfox和Weightless。Arm今天的重點(diǎn)是擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)的采用，他們最近宣布了Arm Cordio-N NB-IoT解決方案。該公司將NB-IoT視為可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；闹饕夹g(shù)。

Weightless是一個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)，LoRaWAN和Sigfox不是。同步在糾錯(cuò)和檢測(cè)方面具有一些優(yōu)勢(shì)。在我發(fā)現(xiàn)的模擬中，Weightless的數(shù)據(jù)速率大約是SigFox的10倍，是LoRa的2到5倍。奇怪的是，我找不到這些網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)比較測(cè)試結(jié)果。

Weightless確實(shí)提供了良好的安全性，具有AES-128 / 256加密以及對(duì)終端和網(wǎng)絡(luò)的身份驗(yàn)證。臨時(shí)設(shè)備標(biāo)識(shí)符為安全和隱私提供匿名性。它具有前向糾錯(cuò)、自動(dòng)重傳請(qǐng)求和自適應(yīng)信道編碼。Weightless 還支持已確認(rèn)和未確認(rèn)的單播和組播流量。

審核編輯：郭婷