关于蜂窝网络 vs LPWAN互联之间的对比

蜂窝网络物联网

如前面所述，蜂窝网络正在基于LTE开发面向IoT互连的解决方案，这个行业的总体发展路线就是在现有的LTE版本上进行开发并且继续完善，包括降低复杂性和成本，随着这个过程的展开，蜂窝网络技术将会变得更适合广泛的物联网应用，最终会促进第五代蜂窝网络技术5G的推出。

业界的共识主要是集中在三种不同标准的使用，在最新发布的标准Release 13中都有介绍，这些规范最终也会集成到5G标准中。理想情况下这些解决方案都应该在频率低于1GHz的情况下来实现，因为在这种条件下有利于远程传输和建筑物的渗透：

LTE-M：也被称为增强型机器通信（eMTC），从Release 12标准发展而来，并且在Release 13标准中做了进一步改进。

NB-IoT：Release 13标准中涉及到的LTE窄频带版本。

EC-GSM-IoT：面向IoT的扩展覆盖GSM是全球移动通信系统的扩展版本，在Release 13中对IoT应用进行了优化，可以与GSM运营商一起实现部署。

5G：将会在2020年完成标准化，会在NB-IoT和EC-GSM-IoT基础上增强。

一个大胆的推测是因为物联网应用的要求与传统蜂窝网络操作存在着明显的不同，使用节能模式未来的发展应该会积极影响电池寿命，降低复杂度和设备成本，通过共享的运营设施来降低部署成本，采用更高级的编码技术并增加信号密度可以实现更大范围的网络覆盖。

表1展示了蜂窝网络技术的发展，比如说面向传统蜂窝网络应用在Release 8中提供了高达150Mb/s的峰值下行速率，然而数据速率在窄频带急剧下降到150Kb/s来适应物联网应用要求，用户设备的通道带宽也是如此，在Release 8标准中其从最大的18MHz下降到180KHz。另一个重要的因素是调制解调的复杂性，随着不断的发展其大概降低了85%。简而言之，为了满足物联网应用的需求，蜂窝网络技术的发展在很多方面都与传统语音和数据服务要在5G中实现的标准正好相反，也就是说，与其提高数据速率，还不如整体上降低蜂窝物联网网络和组件的复杂度。

LPWAN标准的一些选择

LPWAN提供商使用开源的标准比如LoRaWAN，由LoRaWAN联盟来管理，或者采用专属的解决方案比如Sigfox，它们都是在为授权的频带范围内运行，虽然Sigfox声称它是全球领先的物联网互连服务，已经在32个国家（大部分在欧洲）中使用，但是LoRaWAN已经获得了行业最广泛的认可，其联盟成员超过400，这意味着LoRa基带和RF硬件成本会继续降低，目前已经降低了一半以上，随着规模的扩展成本将会进一步下降。

LoRaWAN

能够区分LoRa、LoRaWAN和LinkLabs提供的产品是非常重要的，因为这确实有点让人困惑。LoRa是LoRaWAN联盟管理的开放标准的物理层，而LoRaWAN则是提供网络功能媒体访问控制（MAC）层，LinkLabs是LoRaWAN联盟的一个成员，它采用SematechLoRa芯片组，并提供了Symphony Link的解决方法，该方案有一些专属特性，比如在没有网络服务器条件下操作的能力，Symphony Link使用八通道基站，操作频率在433MHz或915MHz的工业、科学和医疗（ISM）波段内以及欧洲采用的868MHZ频带。它传输的距离至少是10英里，借助云服务器采用WiFi、蜂窝网络或者以太网来传输数据，从而实现路由消息处理、供应和网络管理等功能。

Sigfox

Sigfox标准是一家法国同名公司设计的，它与LoRaWAN主要的区别之一是Sigfox拥有从外围或服务器和终端的所有技术，它实际上是整个生态网络的供应商，某些情况下它也是网络运营商，然而这家公司允许它的终端技术可以被任何同意其条款的组织免费使用，这样它已经能够与主要的物联网设备供应商，甚至一些无线运营商建立联系，与LoRaWAN一样，Sigfox也在继续不断的扩大市场份额，特别是在欧洲，其支持的传输距离完全符合欧盟制定的准则，为了满足联邦通信委员会（FCC）的规定，美国使用的版本则有很大的不同，Sigfox唯一的缺点就是它的专有特性。

Weightless

在IoT互连解决方案中Weightless是比较独特的一种，它是一个真正的开放标准，目前由Weightless特别权益组织来管理，它的名字来自于它的“轻量级”协议，通常每次传输只传输几个字节的数据，这对于那些通信只需要传输很少数据的物联网设备是很好的选择，比如某些类型的工业和医疗设备、智能电表和水表。与许多其他标准不同的是Weightless运行在所谓的TV空闲频带，低于1GHz，当它们从模拟到数字传输转换时，无线广播公司会将这频带空出，由于频率低于1GHz，因为它们具有较大的覆盖范围，从基站发射的功率也较低，穿透建筑物和其他对于RF信号有挑战的结构的能力也比较强。

目前Weightless有两个版本：

Weightless-N是超窄频带，单通通信技术

Weightless-P是该公司推出的旗舰双向通信技术，具有电信级的性能和安全，并且采用极低的功耗。

Nwave

Nwave是一种基于SDR（软件定义无线电）的超窄频带技术，能够在授权和未授权的频带范围内运行，基站能够容纳100万台物联网设备，覆盖10KM的范围，RF信号输出功率在100mW左右，数据速率可达100bps，这家公司声称采用电池驱动的设备可以持续运行长达10年之久，当在1GHz频率下运行时，Nwave能够利用该区域理想的传输特性。

Ingenu

Ingenu（之前称为On-Ramp Wireless）基于多年的研究已经开发出双向的解决方案，实现了专有的直接序列扩频调制技术，称为RPMA（随机相位多址接入），RPMA的设计目的是在2.4GHz频段内提供高容量、安全且范围广泛的互连方案。

在美国单个RPMA接入点能够覆盖176平方米的区域，这比Sigfox和LoRa标准都要大得多，它具有最小的开销、低延迟和广播功能，能够同时向大量设备发送命令，硬件、软件和其他功能仅限于该公司所提供的，这家公司要搭建自己的公共和私有网络，专用于机器对机器之间的通信。

总结

由于只有蜂窝网络和LPWAN提供商正在争夺长期市场的霸主地位，所以与那些短距离解决方案要求相比，很容易就认为设计师的工作是简单的，一条不变的真理就是每个竞争的技术都提供了不同程度的扩展，这些会帮助增强它们的能力，但同时也带来了更大的设计挑战。

对于终端用户来说，选择“正确”的解决方案通常会归结为他们所在领域有哪些可用的服务，以及相应的费用，然而如果多个无线运营商和LPWAN提供商都能在同一个区域提供服务，那么下决定就有些难了，对于物联网互连领域来讲，确定最终的赢家将需要数年的时间。