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2016年10月24日 星期一

LPWAN ( Low Power Wide Area Network) Technology Overview



RS-232/422/485串列設備立即連網
來源:經濟網

物聯網時代的物物相連,將會使百億以上物體連入網路,這對傳統上的兩種通信技術,即近距離無線接入和行動蜂窩網提出了更高的要求。

事實上,目前,用於物聯網發展的通信技術,正在全球範圍內開發,低功耗廣域網通信技術(Low Power Wide Area,簡稱LPWA)中最具發展前景的通信網路技術有 LoRa(超長距低功耗數據傳輸技術,Long Range)、 Sigfox(超窄頻技術 )、NB-IoT(基於蜂窩的窄頻物聯網,Narrow Band Internet of Things)。

LPWA是發展物聯網的最佳選擇
根據市場研究公司Machina Research調研顯示,2015年,全球物聯網連接數量約為60億個,根據這一速度,在2025年前,物聯網連網設備數量將達到270億個,以LPWA技術接入物聯網的設備,將佔據11%比重。

Ericsson Mobility報告顯示,2018年前,物聯網接入設備數量,將超過手機數量,即在280億個入網設備中,將有160億設備是物聯網設備,2015年至2021年,物聯網設備年均增速將達到23%。物聯網領域中,增速最快的將是蜂窩物聯網(Cellular Internet of Things),接入設備的數量將從2015年的4億個,達到2021年的15億個。


入網物體的行業屬性,及對數據的要求,成為物聯網開發商選擇不同連網解決方案的根據。例如,連接汽車需要較高的數據傳輸速度,用於汽車與道路基礎設施之間的交互,而對於安裝在私人住宅裡的電表,則更適用低功耗、長半徑、無需較高速數據傳輸能力的技術,因為電表每月數據傳輸量均不會超過100KB。

目前,在物聯網領域中,LPWA低功耗廣域網通信技術,幾乎是全球公認的用於「萬物互聯」的較好的技術方案。這一技術可以確保大範圍的覆蓋能力、模組化和較低的功耗,為M2M通信提供了較大的可能。

LoRaWAN的技術特點
LoRaWAN(長距離廣域網或遠端廣域網Long Range wide-area networks)是物聯網領域最受到關注的技術之一。該項技術具有低功耗、低成本和遠距離傳輸特點,可以連接長時間運作,以電池供電工作可超過十年的設備。

網路鋪設所使用的頻譜資源無需許可。與傳統的行動網路不同的是,LoRaWAN屬於混合網路,私人和公共網路均可使用。

由思科、IBM、Sagecom、SemTech等眾多提供商公司成立的LoRa聯盟,正在對LoRaWAN進行研發和標準化工作。LoRa聯盟的主要任務,是在LoRaWAN標準基礎上,為物聯網營運商提供硬體和軟體連接的解決方案。

LoRaWAN網路中,如果信號沒有障礙,一個基站可覆蓋100多公里,在有阻礙的情況下,根據地形和建築密度,一個基站可覆蓋2到15公里。因此,如果要使LoRaWAN網路覆蓋整個荷蘭,只需要500個基站。設備間數據交互速度,可達到300比特秒至100千比特秒,這一速度足以滿足獲取,來自公共資源的數據,包括氣象等資訊。

2015年6月,LoRa聯盟發佈了LoRaWAN 1.0,根據聯盟數據心事,2016年第一季,LoRaWAN網路已經在13個國家啓動,並在60個國家進行了測試。歐洲營運商 Orange公司認為,LoRa要優於所有競爭對手,並將在法國部署1.5萬個基站,對全法國進行覆蓋。

俄羅斯Everynet 公司正在不斷推動LoRaWAN的標準化,LoRaWAN標準的網路已於2016年5月在俄羅斯喀山Innopolis經濟特區開始測試運行。特區政府代表指出,該項測試技術將在未來對整個城市內部進行自動化,包括住宅電表數據、停車位數據、城市照明和道路安全資訊的收集。

預計在2016年,LoRaWAN網路將覆蓋整個俄羅斯,甚至擴大至歐亞經濟聯盟國家(白俄羅斯、哈薩克斯坦、亞美尼亞、吉爾吉斯)。網路提供商公司強調,這項技術的應用單是在照明領域就能節省30%的成本。SenLab羅斯公司在2016年1月宣佈在莫斯科地區,進行LoRaWAN網路的測試,隨著基站的鋪設,該公司也在同時進行著,對LoRaWAN網路中的傳感器本地化的工作,用來減低終端設備成本。


Sigfox的技術特點
Sigfox網路的開發者是一家法國的同名公司,Sigfox公司成立於2009年,Sigfox網路使用的是超窄頻技術(Ultra Narrow Band,UNB),該技術可提供簡單、可靠和兼具成本效益的設備通信網路,多用於少量資訊數據的傳輸。Sigfox網路在歐洲使用868兆赫頻段,在美國使用902兆赫,Sigfox也擁有非常廣闊的覆蓋面積,可達到50公里,功耗較低。

Sigfox網路用於智慧城市、智慧建築、資產追蹤、遠端監控、控制和計量電能等領域,可為企業創造新的服務和商業模式,創造更多的收入。連接到 Sigfox網路上的設備,可以每周發送140條不超過12字節的資訊,包括協議、設備功耗,以及報警等。Sigfox網路與 LoRa均為網路和電信營運商提供物聯網服務,以及建設自己的 LPWA網路,提供了強大的生態系統。

2016年1月,Sigfox公司宣佈在南極部署物聯網,該公司將幫助比利時研究小組,研究影響氣候變化的進程。學者們獲得了45個長期自動工作模式,電池的應用Sigfox網路的GPS追蹤器,可以用於向基站發射探險隊員坐標位置。

2016年7月,Sigfox公司在整個拉丁美洲啓動Sigfox物聯網,並宣佈將與墨西哥物聯網公司進行合作。計劃在2016年年底,將Sigfox物聯網信號覆蓋墨西哥首都,並在盡短的時間裡,在北美國家鋪設Sigfox網路。截止到2016年8月,全球共計有21個國家(法國、西班牙、葡萄牙、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭以及拉丁美洲國家)鋪設了Sigfox網路,接入Sigfox網路的設備數量超過700萬個,Sigfox公司預計將於2016年底前,將鋪設國家數量擴至30個。

依據現有行動技術開發的物聯網技術
由於當前M2M設備對數據傳輸速度要求不高,因此現有行動網路用於物物相連的成本,還是比較昂貴的。傳感器和設備也因在行動網路和複雜的協議中,過度能量消耗,從而導致M2M設備中電池的快速放電。現有蜂窩行動網路應用於物聯網時,還需要進行網路升級。

目前,經過升級後應用於物聯網的行動網路,包括EC-GSM(又稱 EC-GPRS, EC-GSM-IoT)、 eMTC(又稱LTE-M, LTE Cat.M1)和NB-IoT。這些技術的共同缺點是運行時,需要許可的頻譜,數據傳輸自費,對於對速度要求不高的設備來說相對昂貴,LTE標準下工作的設備價格較高。優點是可以使用現有行動營運商的基礎設施,支持漫遊、多媒體即時設備的數據傳輸速度快。

EC-GSM是一項基於GSM/GPRS/EDGE基礎的技術,可使這一制式下大部分已安裝的基地台,無需更換或升級硬體設備,其優勢在於行動基礎設施已經就緒,大部分情況下只需要更新在網路節點上的軟體,同時,GSM網路遍布全球,擁有最大的覆蓋面。

eMTC是適用於LTE網路的物聯網技術,其數據傳入傳出的速度可達到1兆秒。eMTC在價格、覆蓋、自動運行期限,以及與現有行動基礎設施相容性等指標,更適用於大眾物聯網的應用,eMTC網路可在現有LTE網路基礎上,通過更新軟體的方式進行建設。


NB-IoT窄頻物聯網技術與LTE網路,擁有密切的協調性和相容性。但支持這一技術需要建設新類型的接收器。

NB-IoT可提供許多重要的優勢,包括支持超過10萬個聯接,設備電池壽命可長達10年,在GSM網路中廣域覆蓋,比現有的網路增益20dB,通過相互驗證和增強的加密接口提高安全性,為營運商的物聯網應用提供穩定條件。

總體上,每種3GPP網路都具有明顯的優勢,即行動生態系統具有全球性,IT基礎設施已經準備就緒,許可頻譜的使用,可降低了設備本身的成本等。但目前只有NB-IoT得到了規劃化,EC-GSM和eMTC仍然在等待標準化。

                                                                                                                                                                                                                            



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