LPWA概述,以及物聯網的其他幾種常用技術資料下載

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上傳日期: 2021-04-14

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標簽:LoRa(672)WIFI(3544)物聯網(27232)藍牙(3220)
現在物聯網發展速度太快了,落地應用的也在增加,以后智能化發展方向就是物聯網,那么物聯網中有一些應用技術我們要了解一下。LPWA的定義LPWA–Lowpowerwidearea,低功耗廣域技術的簡稱,使用較低功耗實現遠距離的無線信號傳輸。相較于熟悉的低功耗藍牙(BLE)、Zigbee和Wifi等技術,LPWA的傳輸距離更遠,一般在公里級,其鏈接預算(linkbudget)可達160dBm,而BLE和Zigbee等一般在100dBm以下。和傳統的蜂窩網絡技術(2G、3G)相比,LPWA的功耗更低,電池供電的設備使用壽命可達數年。基于這兩個顯著特點,LPWA可以真正使能物物互聯,助力和引領物聯網(IoT)革命。LPWAN–Lowpowerwideareanetwork,低功耗廣域網絡,即使用LPWA技術搭建的無線連接網絡。LPWAN的網絡連接形式可以多種多樣,典型的拓撲如圖1所示,以數據上傳(datauplink)為例,無線終端發送數據信號,基站或者網關接收并將數據傳輸到云平臺,云平臺根據設備ID將數據分發到對應的客戶服務器。對于私有的LPWAN網絡,云端和客戶服務器可以是一體的。圖1典型LPWA網絡連接LPWA的特性LPWA針對物聯網應用的需求,具備以下技術特性:○低功耗一般的物聯網設備無法使用電源直接供電,電池使用壽命即成為首要考慮需求,LPWA對此進行技術優化,使得電池供電設備使用可達數年。例如使用Sigfox技術的終端設備,用AA電池供電即可達10年左右。○遠距離室內或短距離的物聯應用,可以使用低功耗藍牙,Zigbee等無線技術,LPWA針對的是室外或者遠距離的無線連接需求,傳輸速率要求較低,所以傳輸距離更遠,至少在公里級。Sigfox使用超窄帶進行數據傳輸,并且選用較低的傳輸速率,從而使得設備和基站間的鏈接預算(linkbudget)可達160dBm,空曠區域的信號傳輸距離可達幾十公里。○低成本新技術的普及離不開成本的持續降低,更低的成本可以使得技術應用在更多的領域,尤其是對價格敏感的應用。用于LPWA終端設備的射頻模塊,隨著技術成熟度的提升,應用的普及,設備連接量的增加,其一般價格在5美金之下是可期的。而Sigfox技術很早已經完全達到商業化的成熟度,其終端模塊價格甚至可達2美金,對技術的普及起到重要作用。○大容量傳統的無線蜂窩網絡首要的連接對象是人,物聯網的連接對象是物,而物的數量必將遠遠超過人的數量,這就要求LPWA網絡有更大的容量,避免網絡的擁擠和設備間的干擾。Sigfox網絡單個基站可以每天處理幾百萬條設備消息,可以同時接收并處理接近300條消息,而丟包率只有0.5%,保證有很高的網絡服務質量(QoS)。LPWA除了以上顯著技術特性外,通常還有低速率,高延遲等特點。圖2LPWA技術特性比較LPWA應用場景LPWA技術可用于眾多物聯網應用場景,實現產業的數字化和智能化,從而進一步提高效率和節約成本,促進整個社會勞動生產率的提升。其典型的應用場景有:◇物流定位及追蹤–實時上報物流位置及狀態信息◇資產管理–資產定位,庫存狀態上報◇智能抄表–儀表數字及狀態上報◇智慧城市–照明,交通,基礎實施檢測智能化,智能停車等◇智慧農業–牲畜追蹤管理,土壤檢測,智能灌溉等◇環境/公用–災害檢測,煙感,空氣污染,設備狀態,老人看護等◇智能家庭–智能家電,家庭安全系統,狀態檢測上報等典型LPWA技術按照對無線頻譜的使用性質分類,LPWA可以分為許可頻段和公共頻段兩類技術。?公共頻段典型的有Sigfox和LoRa,使用公共的ISM頻段,無須支付頻譜費用,但仍有政府對頻譜的使用進行規范,確保不同技術可以相互兼容,類似BLE和Wifi等。?許可頻段即為Cellular-IoT(簡稱C-IoT)技術,使用政府授權的特定專用無線頻段,需要支付頻譜費用,傳統電信運營商為主體部署和運營網絡,技術規范基于蜂窩網絡技術,并由3GPP來主導分布。SigfoxSigfox技術由同名的法國Sigfox公司設計研發,成立于2010年,是最早的老牌LPWA玩家,其技術成熟度最高,截至2019年已經在全球60多個國家實現商業化運營。Sigfox在公共頻段使用100Hz超窄帶頻譜調制和傳輸數據消息,所以在單位頻帶有更高的功率密度,抗干擾能力更強,適合于使用公共頻段進行數據傳輸。Sigfox公司提供完整的網絡解決方案,包括基站和云端,尋求和依賴當地的合作伙伴在全球開展網絡部署及運營,Sigfox提供網絡設備及技術支持服務。終端設備是開放的生態系統,任何支持Sigfox協議的射頻模塊或者芯片都可以連接Sigfox的網絡,對于終端設備廠商來說可以有更大的選擇空間,和更優惠的價格選項。依托于強大的全球生態系統,Sigfox用戶可以得到端到端(終端到云端)的整體解決方案,使其產品能夠快速連接到Sigfox網絡,并推向市場。因為Sigfox網絡由Sigfox公司為主導進行全球部署,這樣能最大程度保證網絡服務質量的統一性和穩定性,即全球一張網,用戶設備即可以享受到跨國的便利性,不需要漫游服務,又能連接到同等品質的網絡,這對于物流或者跨境運行等應用來說尤其有吸引力。LoRaLoRa是美國Semtech公司的專有技術,實際是一種采用擴頻方案的無線調制解調技術。Semtech在2012年通過并購法國Cycleo公司獲得LoRa的IP產權,以此設計制造射頻芯片并進行市場銷售,是一家純半導體公司,壟斷LoRa芯片的供貨。目前Semtech雖然也進行少量LoRa的IP授權,如國內的阿里,但IP是Semtech專有,沒有授權任何公司無法設計制造LoRa芯片,所以客戶的選擇余地很小。LoRa使用的也是公共頻段進行射頻信號傳輸,上層協議及規范由LoRaWan定義,LoRa聯盟負責發布和維護。任何人可以購買LoRa芯片或者模塊來設計LoRa終端和網關設備,也可以設計或者購買設備來搭建LoRa網絡,所以目前多數的LoRa網絡都是小區域和私有的,很少有全國性的通用物聯網絡,而設備和網絡間的兼容也是一個很大的挑戰。LoRa通過擴頻技術實現高靈敏度,從而能夠進行遠距離傳輸,但是網絡容量有限,無法高效實現大批量設備信息的并行接收和處理,這對于大面積或全國性的部署是個巨大挑戰。Cellular-IoT

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