LoRa之外 IoT低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域黑馬已悄然問世

　　隨著各類廠商不斷發(fā)力低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWA），物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)的話題引起業(yè)內(nèi)的熱議。此前，介紹SigFox、LoRa、NB-IoT等市場上已開始商業(yè)化技術(shù)的文章不少，各類LPWA技術(shù)在理論上都有近乎完美的設(shè)計(jì)，不過，作為一位長期奮戰(zhàn)在一線的技術(shù)人員，筆者對各種技術(shù)落地中的體驗(yàn)和無奈深有感觸。當(dāng)然，筆者堅(jiān)信技術(shù)本身并無優(yōu)劣之分，關(guān)鍵還是在于能否有效解決用戶的問題，而有效解決問題的背后是對這一技術(shù)各個(gè)細(xì)節(jié)的不斷提升。LPWA產(chǎn)業(yè)未來趨勢和市場規(guī)模已有共識，但商用落地速度仍然有些滯后，在筆者看來，規(guī)?；逃弥腥匀淮嬖谝恍┍趬?，包括商用模式、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)等多個(gè)方面，筆者以非授權(quán)頻譜的LPWA技術(shù)為例，解讀一下其落地中所碰到的困惑。

　　理想的完美與現(xiàn)實(shí)的無奈：現(xiàn)有LPWA技術(shù)落地中的挑戰(zhàn)

　　首先，從產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，開放生態(tài)對產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，但“開放”也有尺度，這個(gè)尺度往往成為產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)門檻。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的充分競爭無疑給下游應(yīng)用帶來收益，但一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)往往設(shè)置壁壘，在現(xiàn)有LPWA產(chǎn)業(yè)中表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：

　?。?）芯片的壟斷供應(yīng)。由于核心技術(shù)的專有權(quán)，芯片往往成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壁壘，上游廠商競爭不足導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，這在以往科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展史中的例子不少。LoRa技術(shù)的商用化中，相應(yīng)的芯片基本上只能由Semtech提供，這一模式受到不少質(zhì)疑，雖然Semtech開始和少數(shù)芯片設(shè)計(jì)廠商合作推出LoRa芯片，但其推進(jìn)速度并不快，市場競爭環(huán)境構(gòu)建不充分。

　?。?）不同標(biāo)準(zhǔn)終端互聯(lián)互通不足。當(dāng)前，各類LPWA技術(shù)在一些范圍內(nèi)開始商用，一些行業(yè)中可能部署了多個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的終端，不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)終端之間就像煙囪一樣，相互間無法直接連接；當(dāng)用戶基于業(yè)務(wù)需求要增加智能終端接入時(shí)，若與此前終端采用不同制式時(shí)，現(xiàn)有終端也無法復(fù)用。例如，LoRa網(wǎng)關(guān)僅能接入符合LoRaWan協(xié)議的終端，無法復(fù)用Zigbee等其他制式終端。

　　其次，落地實(shí)施過程中會(huì)碰到大量與理論偏差的問題，補(bǔ)救措施并不能治本。實(shí)踐中的環(huán)境千差萬別，在大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中往往會(huì)碰到大傷腦筋的局面，讓部署成本大大增加，列舉幾個(gè)如下：

　?。?）站址部署的困惑。一方面，在企業(yè)級LPWA項(xiàng)目中，很多需要安裝AP的位置往往受條件限制，可能沒有電源或不允許安裝基站；另一方面，在網(wǎng)絡(luò)邊界區(qū)域，只有少量終端，但是為了全部覆蓋還需多加1個(gè)AP。這些都導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)施工困難并增加成本。

　?。?）流量并發(fā)沖突?，F(xiàn)有LPWA網(wǎng)絡(luò)（LoRa、Sigfox）均采用星形組網(wǎng)，一個(gè)AP直接接入大量終端，當(dāng)終端數(shù)量到一定量級后，上行流量并發(fā)沖突就顯現(xiàn)出來。

　　（3）下行鏈路功耗問題。下行鏈路低功耗是大部分LPWAN技術(shù)的難點(diǎn)，以LoRa為例，其Class A模式不支持下行，而其Class B、C模式開啟下行后，終端功耗將會(huì)顯著提高。

　　此外，由于無線電頻譜資源的緊張，LPWAN技術(shù)應(yīng)該向頻譜利用率更高的技術(shù)演進(jìn)，LoRa等基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜利用率低于超窄帶，若能將兩者優(yōu)勢結(jié)合，則可節(jié)省更多頻譜資源。

　　破解落地困境，LPWAN領(lǐng)域一匹黑馬問世

　　上述的分析是筆者在實(shí)踐中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，相信相應(yīng)方案廠商也面臨相同困境，并在每一細(xì)節(jié)上進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。不過，在LPWA商用元年的時(shí)間窗口，市場格局還未定，基于用戶需求導(dǎo)向，能夠在多個(gè)壁壘上做出突破的技術(shù)可能后來居上。

　　當(dāng)各類公開資料中充斥著NB-IoT、LoRa、Sigfox等技術(shù)的市場前景和優(yōu)勢時(shí)，我們很難聽到一線人員對于落地過程中遇到困境的聲音以及如何破解。我們不妨看看LPWA領(lǐng)域的一個(gè)后起之秀ZETA是如何做的。

　　1、從產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面來看，通用芯片和融合接入的思路和技術(shù)將是快速做大LPWA產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵。當(dāng)大量廠商可以競爭性提供芯片時(shí)，將加速產(chǎn)業(yè)鏈的繁榮；當(dāng)不同制式終端都可以無縫接入時(shí)，大幅降低用戶實(shí)施成本。

　　ZETA是縱行科技自主研發(fā)的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以采用通用芯片，打破上游芯片領(lǐng)域的壟斷；對于終端之間的互聯(lián)互通，ZETA采用UnifiedAccess架構(gòu)，具有非常好的開放性和兼容性，除了支持ZETA終端，還可以接入LoRa/ZigBee等其他制式的終端，用戶只需部署其AP就可將其他存量LPWAN終端無縫覆蓋，提高網(wǎng)絡(luò)復(fù)用率。

　　2、從實(shí)施過程中的難度來看，站址、并發(fā)流量、下行功耗等問題均需對技術(shù)進(jìn)行深入的改進(jìn)，很多時(shí)候可能需要放棄固有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)思維。ZETA在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，引入了一個(gè)中繼的設(shè)計(jì)，即其低功耗Mesh節(jié)點(diǎn)——Mote，從而解決了部署中的相關(guān)問題，具體來說包括：

　?。?）靈活中繼破解站址部署困境。ZETA Mote中繼采用電池供電，容易部署，一方面，與基站配合基礎(chǔ)上，ZETA Mote中繼可通過低功耗多跳自組網(wǎng)，通過一跳或多跳的Mote轉(zhuǎn)接，可將基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋延伸到其（或LPWA鏈路預(yù)算）不能到達(dá)的角落，當(dāng)某個(gè)連接中斷時(shí)，多個(gè)Mote間能夠自行重組網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?；另一方面，Mote也是一個(gè)多功能設(shè)備，不僅具備子基站/熱點(diǎn)功能外，本身也具備通訊模塊功能，讓終端通過Mote可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，這一功能在大量場景中能夠降低部署成本。例如通過在每個(gè)路燈上安裝Mote模塊， 不僅使路燈本身可以聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)把路燈變成了一個(gè)ZETA熱點(diǎn)，可以覆蓋周圍1-2公里（市區(qū)）形成一張路燈物聯(lián)網(wǎng)。

　?。?）智能分流破解并發(fā)流量困境。正如前文所述，Mote中繼能夠擴(kuò)展基站覆蓋區(qū)域，當(dāng)然在基站分流中也發(fā)揮了巨大作用，通過把一個(gè)蜂窩內(nèi)的流量分流到不同的Mote接入，解決AP側(cè)的流量并發(fā)沖突問題，使得LPWA網(wǎng)絡(luò)具有更好的可擴(kuò)展性。

　?。?）面對下行鏈路功耗難點(diǎn)，通過Virtual OFDMA機(jī)制，ZETA可使終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都處于深度休眠狀態(tài)，直至需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)刻才被喚醒，從而支持上下行都工作在低功耗模式。在實(shí)際測試中，此類機(jī)制比LoRa終端節(jié)省20%以上的功耗。

　　另外，由于采用窄帶/超窄帶技術(shù)，相比于LoRa等基于擴(kuò)頻的技術(shù)，ZETA在頻譜利用率上具有明顯的優(yōu)勢，如典型的LoRA信道需占用125KHz的無線頻譜，即使運(yùn)行在窄帶模式下，這個(gè)帶寬也可以裝進(jìn)去15個(gè)ZETA信道。

　　值得一提的是，ZETA作為國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，符合了信息安全和國家戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢。因而，雖然是后起之秀，這一技術(shù)已悄然地應(yīng)用于平安社區(qū)、市政管理、路燈控制、遠(yuǎn)程抄表、冷鏈運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中。

　　低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及過程中，大量用戶需要的是最快最低成本地部署一張無線網(wǎng)絡(luò)。筆者再次強(qiáng)調(diào)，技術(shù)并無優(yōu)劣之分，關(guān)鍵在于能否快速有效解決用戶問題，在LPWA領(lǐng)域，或許是能夠打破商用過程中各種壁壘的黑馬將脫穎而出。