物联网广域网内部

好吧，我们知道物联网很重要，在过去的三四年里，你不能去参加会议或阅读一篇以EE为重点的文章，而不会被有关物联网的信息轰炸。但是，在我看来，物联网设置和部署的进展非常缓慢。首先，我们仍在试图弄清楚使用哪种形式的LPWAN来连接数百万个传感器和执行器，这些传感器和执行器是无数不同应用的一部分。

众所周知，物联网正计划将几乎所有东西连接到互联网，以便我们可以测量、监控和跟踪它们。为了实现这一目标，我们需要一些远程无线通信方法——比WiFi、ZigBee或蓝牙获得的距离要远得多。为此，有三种可行的无线连接类型：卫星、蜂窝和低功耗广域网 （LPWAN） 网络。

基于卫星的无线连接

卫星系统需要大量设备和大量电力，因此它们不适合许多物联网应用。但对于某些人来说，这是完美的。以下是一些可用的卫星连接。ViaSat-1已经为飞机和地面用户提供互联网服务一段时间了，并声称它拥有700万客户。ViaSat-000于2月推出，将为住宅客户提供100Mbps的速度。休斯于2年2016月发射了第二颗高容量木星4号卫星，SpaceX已申请允许发射惊人的425，25颗卫星。Exede目前以高达50Mbps的下载速度提供基于卫星的互联网，每月<>美元。

基于蜂窝的连接

NB-IoT和LTE-M通过电话网络提供连接。蜂窝连接显然是一种选择，尽管设备和服务比LPWAN系统更昂贵。蜂窝的主要好处是它为用户提供了一个全球网络。但是，当然，也有死角需要处理 - 然后还有电话公司需要处理。问题是，它有一个庞大的网络，而其他人正在建设。

第三代合作伙伴计划 （3GPP） 联合了七个电信标准开发组织，并提供定义 3GPP 蜂窝网络技术的规范，包括窄带物联网 （NB-IOT） WAN 和 LTE-M 实施。就像我在下面所说的LPWAN一样，这些网络允许节点电池寿命长达3年，适用于各种用例。他们将在10/2017年推出低成本调制解调器。

LPWAN网络

各种版本的LPWAN可能是成本最低和最简单的方法。它们往往非常可靠，具有非常低功率的节点（一块电池可以使用 10 年），并且易于设置。但是，有许多版本在争夺您的注意力，每个版本都有其优点，有些版本可能不会停留很长时间。实际上，有些人不会停留很长时间。

Wi-Fi联盟开发了HaLow LPWAN技术。该技术在频谱的902MHz至928MHz部分运行，以150kbps至18Mbps的速度传输数据，传输范围可达1公里。它使用IEEE802.11ah，这很像缩小的WiFi连接。

RPMA

（随机相位多址）LPWAN技术由Ingenu提供，使用具有直接序列扩频（DSSS）和差分BPSK调制的2.4GHz频谱。它提供634kbps的峰值数据速率 - 所有LPWAN版本中最高的。与SigFox一样，它是由公司及其合作伙伴运营的专有网络，您必须订阅此网络。RPMA正在追求成为全球网络的宏伟目标，并正在建造其塔，有可能维护多达30万台具有双向传输的设备。目前，美国大约有<>个“互联城市”，还有更多。

LoRa

LoRa为LoRa联盟倡导的双向设备提供开放标准，成员包括IBM、瑞萨电子、思科、Semtech和STMicro。该技术使用线性调频扩频调制，数据速率为300bps至50kbps。要实现LoRa，您必须使用Semtech收发器芯片。Semtech的SX1276收发器芯片的价格约为每个4美元/3，000美元，并提供许多模块。该公司为节点和网关生产收发器芯片。单个网关可以在畅通无阻的环境中与20英里外的数十万个节点通信，发射功率为+20dBm，接收灵敏度高达-148dbm。根据我能找到的数据，我会说大约 2kbps 将是任何远程应用的数据速率。

Senet等公司提供LoRa基站和云数据管理的公共网络.但是，您也可以使用自己的网关。在城市中，信号可以穿透建筑物，达到一两英里的范围。终端节点可以使用两节 AAA 电池保持运行长达 10 年，为接收器提供 10mA 电流，在休眠模式下消耗低于 200nA。LoRaWAN 规范没有任何方法来强制执行服务质量， 因此， 它可能不应该用于关键应用程序.

PNI传感器公司开发了一个很好的当前用例。PNI的PlacePod智能停车传感器已安装在蒙特利尔停车控制示范项目中。在拥挤的城市寻找停车位不仅烦人，而且浪费燃料，污染空气，并大大增加交通密度。通过每个停车位的传感器，城市可以提供显示所有可用空间的汽车应用程序的地图。该市使用传感器数据来促进其繁忙商业区的营业额。他们还可以监控使用情况，例如，查看残疾人停车位何时已满或未使用。LoRa网关只需要每隔几个街区， 即使在复杂的混凝土丛林中， 从数百个传感器收集数据.埋在街上的传感器必须在非常大的极端温度和不同的射频环境中工作。我与PNI Sensor的总裁兼首席执行官Becky Oh进行了交谈，他说：“蒙特利尔的65个传感器工作得很好。我们与X-Telia合作，PlacePod传感器部署在他们的公共LoRa网络上。所有的广域网连接都很稳固。

Sigfox无线技术起源于同名的法国公司。它工作在868MHz和915MHz ISM频段，占用的带宽或功耗非常小。数据速率非常慢，为100bps至600bps，但由于其带宽窄，短消息和162 dB链路预算，范围可达50公里（31英里）。它具有双向功能，但下游确实非常慢。

您必须连接到 Sigfox 网络基站。他们几乎覆盖了整个欧洲，并在美国10个大城市，并且还在不断增长。原则上，Sigfox与每个国家/地区的一个合作伙伴（即所谓的Sigfox网络运营商）合作，并专注于在全球范围内部署尽可能多的覆盖范围。据传订阅费低至 5 美元/年。

SigFox 上行链路消息具有高达 12 字节的有效负载，平均需要 2 秒才能到达监控频谱的基站。SigFox无线电使用超窄带（UNB）调制和二进制相移键控（BPSK）。它是一个基于软件的解决方案，其中所有网络和计算复杂性都在云中管理，而不是在设备上管理。SigFox仅提供基本的安全级别（16位加密）。该技术的知识产权免费提供给芯片和模块供应商，目前有多家公司销售SIGFOX芯片组、天线、扩展和评估板，包括安森美半导体、德州仪器、意法半导体和Atmel/Microchip。

有三种已发布的失重 WAN 连接标准：Weightless-P、Weightless-N 和 Weightless-W，均由 Weightless SIG 管理。Weightless-P 是一种窄带 （12.5KHz） LPWAN 全双工同步网络技术，支持每个基站的大量终端设备，具有长距离、多年的电池寿命和固件空中下载 （FOTA） 功能。Weightless-P 具有 625bps 至 100kbp 的自适应数据速率，具体取决于设备链路质量和自适应功率控制。它使用带有频道黑名单的跳频。

Weightless SIG仅由三家公司组成：Ubiik，Arm和Accenture。这可能是好事，也可能是坏事。我确实看到Arm在他们的网站上没有关于Weightless的内容。Arm告诉我：Arm参与了Weightless SIG的成立，并且自成立以来一直在Weightless SIG董事会中拥有活跃成员。Arm支持更广泛的LPWAN生态系统，包括LoRa，Sigfox和Weightless。Arm今天的重点是扩大物联网的采用，他们最近宣布了Arm Cordio-N NB-IoT解决方案。该公司将NB-IoT视为可以实现规模化的主要技术。

Weightless是一个同步网络，LoRaWAN和Sigfox不是。同步在纠错和检测方面具有一些优势。在我发现的模拟中，Weightless的数据速率大约是SigFox的10倍，是LoRa的2到5倍。奇怪的是，我找不到这些网络的现场比较测试结果。

Weightless确实提供了良好的安全性，具有AES-128 / 256加密以及对终端和网络的身份验证。临时设备标识符为安全和隐私提供匿名性。它具有前向纠错、自动重传请求和自适应信道编码。Weightless 还支持已确认和未确认的单播和组播流量。

审核编辑：郭婷