匯總低功耗物聯(lián)網(wǎng)LPWAN連接技術(shù)淺談

　如果你的 IoT 項(xiàng)目打算使用 LPWAN，但是選擇哪一種呢？當(dāng)前市面上有多種 LPWAN 技術(shù)，本文將對(duì)這些技術(shù)做一個(gè)詳細(xì)對(duì)比。
　　本文是 LPWAN（低功率廣域網(wǎng)）的物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)系列文章的第二篇。第一篇文章是 LPWAN 的簡(jiǎn)單概述，包括了低功耗廣域網(wǎng)的定義以及 LPWAN 技術(shù)相對(duì)于其他物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。本文我們將更加詳細(xì)地介紹 多種LPWAN 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的區(qū)別。
　　最終，你將了解到 LPWAN 是否適合你的 IoT 應(yīng)用程序，如果是，又如何最好地推進(jìn)你的項(xiàng)目。
　　市面上有多種 LPWAN 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，我們將重點(diǎn)關(guān)注 SigFox、LoRa、RPMA、Symphony Link 和 Weightless，因?yàn)檫@幾項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用最為活躍。一些其他的專有協(xié)議棧，如 Dash7 聯(lián)盟協(xié)議，本文將不會(huì)涉及到，因?yàn)槠潢P(guān)注度不高。
　　接下來(lái)我們將分別概述這幾種 LPWAN 技術(shù)。在本系列文章的剩余部分中，我們針對(duì)每一種技術(shù)，深入探索其優(yōu)缺點(diǎn)，剖析協(xié)議棧技術(shù)細(xì)節(jié)。
　　SigFox
　　SigFox 成立于2009年，是一家總部位于法國(guó) Labège 的法國(guó)公司。SigFox 在歐洲的推廣非常成功，可以說(shuō)是 LPWAN 領(lǐng)域中最具吸引力的（或者至少是最具知名度的）。它還擁有一個(gè)偉大的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，包括德州儀器、Silicon Labs 和 Axom。
　　SigFox使用專有技術(shù)，使用較低的調(diào)制速率來(lái)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的傳輸范圍。基于這樣的設(shè)計(jì)，SigFox 對(duì)于只需要發(fā)送少量、不常見(jiàn)的突發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的選擇。
　　SifFox 典型的應(yīng)用包括停車傳感器、水表或智能垃圾桶。當(dāng)然，它也有一些缺點(diǎn)。將數(shù)據(jù)發(fā)回傳感器、設(shè)備（下行能力）受到嚴(yán)重限制，信號(hào)干擾可能成為問(wèn)題。
　　LoRa
　　LoRa 聯(lián)盟是一個(gè)開(kāi)放的非營(yíng)利組織，旨在促進(jìn)和推廣 LPWAN 技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。它在北美、歐洲、非洲和亞洲擁有約400家會(huì)員公司，其創(chuàng)始成員包括 IBM、MicroChip、思科、Semtech、Bouygues 電信、Singtel、KPN、Swisscom、Fastnet 和 Belgacom。
　　LoRaWAN 是由 LoRa 聯(lián)盟管理的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。然而，它并不是真正的開(kāi)放，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)一個(gè)完整的 LoRaWAN 協(xié)議棧的底層芯片只能通過(guò) Semtech 公司提供。具體來(lái)講，LoRa 是物理層，也就是芯片。而 LoRaWAN 是 MAC 層，即芯片上的軟件，用以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。
　　其功能類似于 SigFox，因?yàn)樗饕糜诙鄠€(gè)終端的僅針對(duì)上行鏈路的應(yīng)用（來(lái)自傳感器、設(shè)備到網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)）。它不使用窄帶傳輸，而是使用編碼消息來(lái)擴(kuò)展不同頻率信道和數(shù)據(jù)速率的信息。這些消息減少了相互沖突和干擾，從而增加了網(wǎng)關(guān)的容量。
　　RPMA
　　隨機(jī)相位多重訪問(wèn)（RPMA）是由 Ingenu 開(kāi)發(fā)的專有 LPWAN 技術(shù)棧。該公司于2008年成立于加利福尼亞州圣地亞哥，由前高通的工程師組建，最初的名字叫做 On-Ramp Wireless。
　　作為 IEEE 802.15.4k任務(wù)組（致力于低功耗設(shè)備監(jiān)控）的創(chuàng)始成員，Ingenu 在開(kāi)發(fā)RPMA 方面付出了巨大的努力，而 SigFox 和 LoRaWAN 集團(tuán)則專注于加快上市時(shí)間。
　　RPMA 的技術(shù)架構(gòu)使其在上行和下行雙向通信上都比其他技術(shù)更加出色。它聲稱具有更好的多普勒效應(yīng)、調(diào)度算法和抗干擾性。它工作在全球范圍都可用的2.4 GHz（用于WiFi和藍(lán)牙）頻段。這意味著它不會(huì)像 SigFox 和 LoRa 那樣針對(duì)不同區(qū)域的技術(shù)架構(gòu)需要更改和調(diào)整。
　　根據(jù)其內(nèi)部研究，RPMA 具有更高的通信距離指標(biāo)：RPMA 為177，SigFox 和 LoRa 分別為 149和157。這意味著 RPMA 具有更大的覆蓋范圍。
　　Symphony Link
　　Link Labs 是 LoRa Alliance 成員，因此它使用 LoRa 芯片。然而，Link Labs 并沒(méi)有使用LoRaWAN，而是在 Semtech 的芯片之上構(gòu)建了一個(gè)名為 Symphony Link 的專有的MAC層（軟件）。
　　Link Labs 成立于2013年，由約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的前成員組建，總部設(shè)在馬里蘭州的安納波利斯。
　　與 LoRaWAN 相比，Symphony Link 增加了一些重要的連接功能，包括：保證消息可靠收發(fā)、固件空中升級(jí)、解除占空比限制、提供中繼功能和動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。
　　Weightless
　　Weightless SIG（特殊興趣小組）成立于2008年，其使命是實(shí)現(xiàn) LPWAN 的標(biāo)準(zhǔn)化。有五個(gè)發(fā)起成員，包括埃森哲、ARM、M2COMM、歐洲索尼和 Telensa。
　　Weightless 是低于 1GHz 的未授權(quán)頻譜中唯一的真正開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。Weightless 有三種版本針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景：
　　Weightless-W：暫未使用（授權(quán) TV 頻段中的未使用的本地頻譜）
　　Weightless-N：由 NWave 技術(shù)誕生的未授權(quán)頻譜窄帶協(xié)議
　　Weightless-P：由 M2COMM 的 Platanus 技術(shù)誕生的雙向協(xié)議
　　盡管 Weightless-W 具有更低的功耗，Weightless-N 和 Weightless-P 依然更受歡迎一些。
　　Weightless-N/NWave
　　Nwave 在功能方面與 SigFox 非常相似，但它宣稱自己擁有更好的 MAC 層實(shí)現(xiàn)。它聲稱使用了先進(jìn)的解調(diào)技術(shù)來(lái)支持自身網(wǎng)絡(luò)與其他無(wú)線電技術(shù)的共存，并且這種共存不會(huì)造成額外的通信干擾。像 SigFox 一樣，它最擅長(zhǎng)基于傳感器的網(wǎng)絡(luò)通信、溫度采集、水位監(jiān)控、智能測(cè)量以及其他的一些類似應(yīng)用。
　　Weightless-P
　　該標(biāo)準(zhǔn)在 12.5 kHz 窄帶（大于 SigFox 但小于 LoRa）中使用 FDMA + TDMA 調(diào)制。它還具有自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率，類似于 Symphony Link（200bps到100kbps）。具有很高的靈敏度，傳輸速率為 625 bps時(shí) 信號(hào)強(qiáng)度為 -134 dBm，同時(shí)支持 PSK 和 GMSK 調(diào)制。
　　Weightless-P 適用于對(duì)于上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)都有重要要求、 業(yè)務(wù)比較復(fù)雜的私有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。針對(duì) Weightless-P 的開(kāi)發(fā)套件已經(jīng)上市。
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