LPWAN(低功率廣域網(wǎng)絡(luò))是一種用在物聯(lián)網(wǎng)(例如以電池為電源的感測(cè)器)，可以用低比特率進(jìn)行長(zhǎng)距離通訊的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其正在智慧城市和農(nóng)村地區(qū)迅速普及，同時(shí)也在向其他領(lǐng)域發(fā)展，從2.4GHz到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

一、LPWAN

LPWAN(Low-PowerWide-AreaNetwork，低功率廣域網(wǎng)絡(luò))也稱為L(zhǎng)PWA(Low-PowerWide-Area)或LPN(Low-PowerNetwork，低功率網(wǎng)絡(luò))，是一種用在物聯(lián)網(wǎng)(例如以電池為電源的感測(cè)器)，可以用低比特率進(jìn)行長(zhǎng)距離通訊的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。低電量需求、低比特率與使用時(shí)機(jī)可以用來(lái)區(qū)分LPWAN與無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線廣域網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)來(lái)連接企業(yè)或用戶，可以傳輸更多資料但也更耗能。LPWAN每個(gè)頻道的傳輸速率介于0.3kbit/s到50kbit/s之間。

LPWAN可以用來(lái)建立一個(gè)私有的無(wú)線感測(cè)網(wǎng)絡(luò)，但也可以是一個(gè)第三方提供的服務(wù)或基礎(chǔ)設(shè)施，這使感測(cè)器的擁有者可以直接部屬感測(cè)器，而不必投資經(jīng)費(fèi)于閘道器的建設(shè)。

二、LPWAN的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)的挑戰(zhàn)是確保物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中的數(shù)十億設(shè)備能夠簡(jiǎn)單而無(wú)縫地連接起來(lái)。解決全球多個(gè)應(yīng)用程序的復(fù)雜性問(wèn)題，可能是大規(guī)模推出物聯(lián)網(wǎng)所面臨的最大問(wèn)題。如今，部署和管理數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億的設(shè)備是一項(xiàng)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。不過(guò)，這可以通過(guò)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的硬件來(lái)解決，且有助于使各種供應(yīng)鏈、智能基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)村傳感器網(wǎng)絡(luò)更加有效和高效。

自Semtech的LoRa®設(shè)備推出以來(lái)，利用這些設(shè)備部署的傳感器目前在subGHz物聯(lián)網(wǎng)(IoT)LPWAN中占比超過(guò)2.6億。但近期，該技術(shù)得到了提升，可以在全球2.4GHzISM頻段使用LoRa。這開(kāi)辟了全球物流資產(chǎn)跟蹤和工業(yè)監(jiān)控的應(yīng)用。

在2.4GHz頻段中使用LoRa，可以設(shè)計(jì)單個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)或移動(dòng)網(wǎng)關(guān)，來(lái)權(quán)衡數(shù)據(jù)速率、傳輸效率、功耗和范圍，而無(wú)需為全球市場(chǎng)提供不同的版本。這便能帶來(lái)生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低成本，并降低單一產(chǎn)品庫(kù)存的復(fù)雜性。

然而，2.4GHz頻段與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)混雜在一起，從Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee、Thread和Matter到專有和自定義鏈接。所有這些網(wǎng)絡(luò)都可能產(chǎn)生干擾，但LoRa調(diào)制的強(qiáng)大抗噪能力，可以在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中提供連接，包括從工業(yè)工廠到密集的城市環(huán)境。這使得在建筑物和工廠的2.4GHz網(wǎng)絡(luò)中，可以在低功耗的情況下進(jìn)行更堅(jiān)固的連接。

衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)

LoRaWAN®標(biāo)準(zhǔn)最近增強(qiáng)了LoRaWAN設(shè)備的一項(xiàng)新功能，稱為長(zhǎng)程跳頻擴(kuò)頻(LR-FHSS)，使低功率直接連接到低地軌道甚至地球靜止軌道衛(wèi)星，為該技術(shù)開(kāi)辟了廣泛的新應(yīng)用。

此外，LR-FHSS通過(guò)提高頻譜效率進(jìn)一步提高了抗噪能力，從而提高了網(wǎng)絡(luò)容量。該協(xié)議將每個(gè)數(shù)據(jù)包分解成多個(gè)模塊，并將它們隨機(jī)分布在定義的頻帶帶寬上。且它還在以不同頻率發(fā)送的消息上使用冗余物理標(biāo)頭，以進(jìn)一步提高調(diào)制的抗干擾性。

使用傳感器節(jié)點(diǎn)連接到這些衛(wèi)星可以使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)快速而輕松地?cái)U(kuò)展，而無(wú)需分配額外的資本支出和等待地面網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地面和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的完全互操作，LoRa和LR-FHSS調(diào)制方案可以同時(shí)在網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中共存，不同的網(wǎng)關(guān)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中共存。

社區(qū)鄰里網(wǎng)絡(luò)

另一個(gè)有趣的領(lǐng)域是社區(qū)擁有的網(wǎng)絡(luò)的增長(zhǎng)和加速。除了商業(yè)利益之外，此類網(wǎng)絡(luò)甚至可以推動(dòng)解決方案，幫助社區(qū)采取更環(huán)保的方法。這些點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)讓公民使用LoRaWAN將本地網(wǎng)關(guān)托管到自家的家庭寬帶。LoRaWAN的長(zhǎng)距離覆蓋，意味著某些中小城市可以通過(guò)“少數(shù)網(wǎng)關(guān)”覆蓋，從而快速且經(jīng)濟(jì)有效地提供覆蓋。

隨著客戶需要，使用多種技術(shù)來(lái)構(gòu)建解決方案，物聯(lián)網(wǎng)的更多互操作性是一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)，這將導(dǎo)致人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算技術(shù)的更多認(rèn)可，將LoRaWAN與其他物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)、開(kāi)源代碼以及開(kāi)放硬件結(jié)合在一起。

LoRaAlliance®擁有近500家成員公司，從芯片、板、網(wǎng)關(guān)和軟件供應(yīng)商到國(guó)家和全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，是實(shí)現(xiàn)這種互操作性的關(guān)鍵。

使用標(biāo)準(zhǔn)的、可互操作的協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)廣泛的開(kāi)放硬件。開(kāi)發(fā)人員可以放心，使用LoRa的設(shè)備可以連接到網(wǎng)關(guān)，無(wú)論是智能建筑、集裝箱船還是衛(wèi)星上。

但問(wèn)題不僅僅是傳感器的硬件和在特定頻段運(yùn)行的收發(fā)器，將傳感器連接到網(wǎng)關(guān)只是故事的一半。這些數(shù)據(jù)需要被捕獲、收集、聚合并轉(zhuǎn)化為可操作的數(shù)據(jù)。而將這些有價(jià)值的數(shù)據(jù)連接到云，是這些差異技術(shù)的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

在所有這些頻段、地面或衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)上使用單一協(xié)議，以及低成本、低功耗的硬件，可以提供一致的數(shù)據(jù)模型。這有助于簡(jiǎn)化基于云的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，且無(wú)論數(shù)據(jù)來(lái)源如何，都能提供可操作的見(jiàn)解。從數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的設(shè)備中提供見(jiàn)解，有助于提高各種流程的效率。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)的碎片化是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。有了LoRa，一個(gè)單一的開(kāi)放協(xié)議就可以建立一個(gè)由硬件、軟件和云提供商組成的生態(tài)系統(tǒng)。在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，低成本、低功耗的硬件可以在sub-GHz、2.4GHz和衛(wèi)星頻段上運(yùn)行。這種可互操作的硬件可以將重要數(shù)據(jù)交付給云系統(tǒng)，從而聚集了許多不同的系統(tǒng)。正是這種提供優(yōu)化運(yùn)營(yíng)所需的洞察力，使供應(yīng)鏈、智能基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)在世界各地更加有效。