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五分钟带你了解足以颠覆物联网的“LPWA”技术

时间:2015-12-16 13:05:10

 

“低功耗广域网络”的兴起,得益于最近几年物联网的快速发展,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。在无线通信技术已经站到物联网连接领域的中心时,LPWA网络将成为物联网全新的、颠覆性的网络,未来数十亿的物联网设备连接中,LPWA技术是物联网最深远的趋势之一。
  如果您比较关注物联网圈的话,想必已经对“LPWA ”这一名词有所耳闻。即使从没见过这一小串字母,也应该在科技媒体上扫见过 LoRa 、 SigFox 这些技术关键字、或已听说了最近老上头条的华为在刚刚结束的 2015 全球移动宽带论坛上发布了叫 NB-IOT 的东东。
  对, LoRa 、 SigFox 、 NB-IOT 这些都属于“ LPWA ”。那么,“ LPWA ”到底是个啥?
  物联网通信技术林立,为何又出现一个 LPWA ?
五分钟带你了解足以颠覆物联网的“LPWA”技术
  “ LPWA ”的兴起,得益于最近几年物联网的快速发展。大家知道,万物互联的基础是利用通信技术把人与物、物与物连接,我们比较熟悉的通信技术包括 WIFI 、蓝牙、ZigBee 等短距离无线通信技术和 2G 、 3G 、 4G/LTE 等移动蜂窝通信技术(在此暂不讨论工业总线、以太网、光纤等有线通信技术)。
  短距离通信技术一般用于智能家居、工业数据采集等局域网通信场景,其优势是部署成本低、功耗低、传输速率高,但劣势也很明显 --- 传输距离短(一般几十米以内)。而随着联网设备增多、设备的类型及应用场景更加丰富,越来越多的设备需要广范围、远距离的连接,如远程控制、物流追踪等。你会问,不是还有移动蜂窝通信技术吗?
  的确,目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络,我们骄傲的华为公司已经让喜马拉雅山上都有了手机信号。而且现在的移动蜂窝网络除了主要满足我们人与人间打电话、发短信、刷朋友圈(接入互联网)以外,也越来越多的开始承载如远程抄表、车联网等物联网应用。然而 2G 、 3G 、 4G 等蜂窝网络虽然覆盖距离广,但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信。根据权威的分析报告,当前全球真正承载在移动蜂窝网络上的物与物的连接仅占连接总数的 6% 。如此低的比重,主要原因在于当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。
  因此,为满足越来越多远距离物联网设备的连接需求, LPWA 应运而生。 LPWAN( Low Power Wide Area Network ),低功耗广域网络,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。正如短距离无线网络包含 WIFI 、蓝牙、 ZigBee等多种技术, LPWA 也包含多种技术,如 LoRa 、 Sigfox 、 Weightles 和 NB-IoT等。由于是“广域”网络,因此必然会涉及网络运营。所以 LPWA 网络一般是由电信运营商或专门的物联网运营商部署,由于 LPWA 网络连接的基本都是“物”,因此通常也叫“物联网专用网络”。
  为何选择 LPWA ?
  LPWA 有“远距离通信”、“低速率数据传输”和“功耗低”三大特点,因此非常适合那些远距离传输、通信数据量很少、需电池供电长久运行的物联网应用。大部分物联网应用通常只需要传输很少量的数据,如工业生产车间中控制开关的传感器,只有当开关异常时才会产生数据,而这些设备一般耗电量很小,通过电池供电就可工作很久。
  LPWA 最适合两类物联网应用:一类是位置固定的、密度相对集中的场景,如楼宇里面的智能水表、仓储管理或其他设备数据采集系统,虽然现在蜂窝网络已应用于这些领域,但信号穿透问题一直是其短板;另一类是长距离的,需要电池供电的应用,如智能停车、资产追踪和地质水文监测等,蜂窝网络可以应用,但无法解决高功耗问题。
  对于部署物联网的企业来说,选择 LPWA 的一个重要原因就是部署的低成本。大家都知道智能家居应用、智能硬件的主流通信技术是 WIFI ,因为 WIFI 的模块成本比较低,有些有“互联网思维”的模块提供商已经将 WIFI 模块的价格降到了 10 元以内。但支持 WIFI 的物联网设备通常还需无线路由器或无线 AP 做网络接入、或只能做局域网通信。而如果选择蜂窝通信技术,对于企业来说部署成本太高,国产最普通的 2G 通信模块也要 30RMB 起,而 4G 通信模块则要 200RMB 起。随着物联网的兴起,虽然国内已经如雨后春笋般出现了一堆做蜂窝通信模块的厂商,但稳定性方面、加上现有蜂窝通信技术的高功耗、高成本的硬伤,还是不如 LPWA 更有优势。华为 11 月份公布的 NB-IOT 发展计划,声称要将 LPWA 通信模块成本降至 5 美元以下。相信未来低功耗广域的应用场景中,企业还是会优先选择 LPWA 。
  不得不说的标准
  LPWA 作为一类无线通信技术,必然得谈标准。进入 2015 年起 LPWA 市场热闹非凡,产业链相关厂商纷纷合纵连横成立联盟,抢占低功耗广域物联网市场。其中比较发较快、相对比较成熟的是 Semtech 公司主导的 LoRa 技术, LoRa 联盟已于今年 3月的世界移动通信大会上成立,联盟成员包括跨国电信运营商、设备制造商、系统集成商、传感器厂商、芯片厂商和创新创业企业等。 LoRa 可应用于诸多垂直行业,包括能源、汽车、物流、农业、商业和制造产业等,这些产业资源应也是未来 LoRa 联盟发展的成员。最新消息,法国运营商 Orange 近日宣布将采用 LoRa 构建低功耗广域物联网,首批将覆盖包括巴黎、波尔多等 17 个城市。
  另一个不得不提的就是华为主导的 NB-IOT 标准。 NB-IOT 是基于现有蜂窝网络的技术,华为称为“蜂窝物联网”。如华为所言,对于移动蜂窝通信市场, 4G 成功商用之后, 5G 的标准化、商业化都需要时间,但物联网应用不会等到 2020 年才出现,因此在 5G 之前需要有一个技术来支撑运营商开拓物联网市场。同时,对电信运营商来说,物联网应用的 ARPU 值会比较低,因此从技术上来讲,应该让运营商很容易在现有基础上升级去支持。在这样的情况下,华为推出了 NB-IOT ( Narrow Band-IoT ,窄带物联网)。 NB-IOT 技术能够提供百倍于 4G 的连接规模、百倍于 2G 的灵敏度、设备电池供电寿命同样可长达 10 年,使蜂窝网络极大地延伸了应用边界。据悉目前移动通信行业组织“ 3GPP ”正在制定的 NB-IOT 的标准化工作。 NB-IOT 使用 License 频段,可与现有移动蜂窝网络共存。
  最新报道,国内电信运营商中国电信、中国联通都参加了近期举办的 NB-IOT 论坛筹备会,相信 NB-IOT 将成为未来国内 LPWA 市场的主流技术。原因有两:一方面,NB-IOT 对运营商来说,可利用现有的蜂窝网络基站资源,部署成本很低,这样国内NB-IOT 网络很容易落地部署。物联网设备不像我们用 4G 上网刷朋友圈、看视频(这年头土豪很多)会消耗很大流量,由于数据量很少,对运营商来说 ARPU 收入很低,因此运营商必须考虑网络的部署和运营成本;另一方面, NB-IOT 是由“攻无不克战无不胜”的华为在主导,以华为的丰富的技术积累、产业链整合能力和巨资投入的号召力,相信华为在低功耗广域物联网市场定能再创佳绩。针对 NB-IOT ,华为已提供芯片、通信模块、甚至操作系统,还为运营商开发了“ IOT 联接管理平台”。提醒对部署LPWA 感兴趣的小伙伴,别站在错队!(华为真没付我广告费)
  LPWA 的未来趋势
  仅仅几年前, LPWA 还不存在。今年, LPWA 无线通信技术已经站到物联网连接领域的中心, LPWA 网络将成为物联网全新的、颠覆性的网络。权威机构预测 2020 年将会有数十亿的物联网设备连接, LPWA 技术是物联网最深远的趋势之一。目前 , 几乎所有的芯片厂商、设备商、电信运营商和企业等都将 LPWA 视为物联网的前沿并进行布局。这是一个新兴的物联网领域,而且随着物联网不断升级,它将成为一个巨大的市场机会。
  如果您是今天第一次听说“ LPWA ”,真的一点都不晚。如果你想了解更多关于LPWA 的相关技术及应用,可登陆“物联网智库”官网查看“低功耗广域网络”专栏,“智库”已发布过很多关于 LPWA 技术的专题报道。如果想了解更多产业物联网相关资讯,请关注微信公众号“ IoT 先锋”,您会定期收到最前沿、最有思想、最有价值的产业物联网热点推送。


    
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