物聯(lián)網(wǎng)時代的物物相連將會使百億以上物體連入網(wǎng)絡，這對傳統(tǒng)上的兩種通信技術，即近距離無線接入和移動蜂窩網(wǎng)提出了更高的要求。事實上，目前，用于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的通信技術正在全球范圍內開發(fā)，低功耗廣域網(wǎng)通信技術(Low Power Wide Area，簡稱LPWA)中最具發(fā)展前景的通信網(wǎng)絡技術有 LoRa(超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術，Long Range)、 Sigfox(超窄帶技術 )、NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)，Narrow Band Internet of Things)。
LPWA是發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的最佳選擇
根據(jù)市場研究公司Machina Research調研顯示，2015年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量約為60億個，根據(jù)這一速度，在2025年前，物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)設備數(shù)量將達到270億個，以LPWA技術接入物聯(lián)網(wǎng)的設備將占據(jù)11%份額。
Ericsson Mobility報告顯示，2018年前，物聯(lián)網(wǎng)接入設備數(shù)量將超過手機數(shù)量，即在280億個入網(wǎng)設備中將有160億設備是物聯(lián)網(wǎng)設備，2015年至2021年，物聯(lián)網(wǎng)設備年均增速將達到23%。物聯(lián)網(wǎng)領域中，增速最快的將是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)(Cellular Internet of Things)，接入設備的數(shù)量將從2015年的4億個達到2021年的15億個。
入網(wǎng)物體的行業(yè)屬性及對數(shù)據(jù)的要求成為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)商選擇不同連網(wǎng)解決方案的根據(jù)。例如，連接汽車需要較高的數(shù)據(jù)傳輸速度用于汽車與道路基礎設施之間的交互，而對于安裝在私人住宅里的電表則更適用低功耗、長半徑、無需較高速數(shù)據(jù)傳輸能力的技術，因為電表每月數(shù)據(jù)傳輸量均不會超過100KB。目前，在物聯(lián)網(wǎng)領域中，LPWA低功耗廣域網(wǎng)通信技術幾乎是全球公認的用于“萬物互聯(lián)”的較好的技術方案。這一技術可以確保大范圍的覆蓋能力、模塊化和較低的功耗，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(wǎng)或遠程廣域網(wǎng)Long Range wide-area networks)是物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡鋪設所使用的頻譜資源無需許可。與傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡不同的是，LoRaWAN屬于混合網(wǎng)絡，私人和公共網(wǎng)絡均可使用。
由思科、IBM、Sagecom、SemTech等眾多提供商公司成立的LoRa聯(lián)盟正在對LoRaWAN進行研發(fā)和標準化工作。LoRa聯(lián)盟的主要任務是在LoRaWAN標準基礎上為物聯(lián)網(wǎng)運營商提供硬件和軟件連接的解決方案。
LoRaWAN網(wǎng)絡中，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(jù)地形和建筑密度，一個基站可覆蓋2到15公里。因此，如果要使LoRaWAN網(wǎng)絡覆蓋整個荷蘭，只需要500個基站。設備間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，包括氣象等信息。
2015年6月，LoRa聯(lián)盟發(fā)布了LoRaWAN 1.0，根據(jù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)心事，2016年第一季度，LoRaWAN網(wǎng)絡已經(jīng)在13個國家啟動并在60個國家進行了測試。歐洲運營商 Orange公司認為，LoRa要優(yōu)于所有競爭對手，并將在法國部署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(wǎng)絡已于2016年5月在俄羅斯喀山Innopolis經(jīng)濟特區(qū)開始測試運行。特區(qū)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(shù)據(jù)、停車位數(shù)據(jù)、城市照明和道路安全信息的收集。預計在2016年，LoRaWAN網(wǎng)絡將覆蓋整個俄羅斯，甚至擴大至歐亞經(jīng)濟聯(lián)盟國家(白俄羅斯、哈薩克斯坦、亞美尼亞、吉爾吉斯)。網(wǎng)絡提供商公司強調，這項技術的應用單是在照明領域就能節(jié)省30%的成本。SenLab羅斯公司在2016年1月宣布在莫斯科地區(qū)進行LoRaWAN網(wǎng)絡的測試，隨著基站的鋪設，該公司也在同時進行著對LoRaWAN網(wǎng)絡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(wǎng)絡的開發(fā)者是一家法國的同名公司，Sigfox公司成立于2009年，Sigfox網(wǎng)絡使用的是超窄帶技術(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(wǎng)絡，多用于少量信息數(shù)據(jù)的傳輸。Sigfox網(wǎng)絡在歐洲使用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(wǎng)絡用于智慧城市、智能樓宇、資產追蹤、遠程監(jiān)控、控制和計量電能等領域，可為企業(yè)創(chuàng)造新的服務和商業(yè)模式，創(chuàng)造更多的收入。連接到 Sigfox網(wǎng)絡上的設備可以每周發(fā)送140條不超過12字節(jié)的信息，包括協(xié)議、設備功耗以及報警等。Sigfox網(wǎng)絡與 LoRa均為網(wǎng)絡和電信運營商提供物聯(lián)網(wǎng)服務以及建設自己的 LPWA網(wǎng)絡提供了強大的生態(tài)系統(tǒng)。
2016年1月，Sigfox公司宣布在南極部署物聯(lián)網(wǎng)，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(wǎng)絡的GPS追蹤器，可以用于向基站發(fā)射探險隊員坐標位置。2016年7月，Sigfox公司在整個拉丁美洲啟動Sigfox物聯(lián)網(wǎng)，并宣布將與墨西哥物聯(lián)網(wǎng)公司進行合作。計劃在2016年年底，將Sigfox物聯(lián)網(wǎng)信號覆蓋墨西哥首都，并在盡短的時間里在北美國家鋪設Sigfox網(wǎng)絡。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(wǎng)絡，接入Sigfox網(wǎng)絡的設備數(shù)量超過700萬個，Sigfox公司預計將于2016年底前將鋪設國家數(shù)量擴至30個。
依據(jù)現(xiàn)有移動技術開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)技術
由于當前M2M設備對數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高，因此現(xiàn)有移動網(wǎng)絡用于物物相連的成本還是比較昂貴的。傳感器和設備也因在移動網(wǎng)絡和復雜的協(xié)議中過度能量消耗，從而導致M2M設備中電池的快速放電?，F(xiàn)有蜂窩移動網(wǎng)絡應用于物聯(lián)網(wǎng)時還需要進行網(wǎng)絡升級。目前，經(jīng)過升級后應用于物聯(lián)網(wǎng)的移動網(wǎng)絡包括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(shù)據(jù)傳輸自費對于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(yōu)點是可以使用現(xiàn)有移動運營商的基礎設施，支持漫游、多媒體實時設備的數(shù)據(jù)傳輸速度快。
EC-GSM是一項基于GSM/GPRS/EDGE基礎的技術，可使這一制式下大部分已安裝的基站無需更換或升級硬件設備，其優(yōu)勢在于移動基礎設施已經(jīng)就緒，大部分情況下只需要更新在網(wǎng)絡節(jié)點上的軟件，同時，GSM網(wǎng)絡遍布全球，擁有最大的覆蓋面。
eMTC是適用于LTE網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)技術，其數(shù)據(jù)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(xiàn)有移動基礎設施兼容性等指標更適用于大眾物聯(lián)網(wǎng)的應用，eMTC網(wǎng)絡可在現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡基礎上通過更新軟件的方式進行建設。
NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術與LTE網(wǎng)絡擁有密切的協(xié)調性和兼容性。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(yōu)勢，包括支持超過10萬個聯(lián)接，設備電池壽命可長達10年，在GSM網(wǎng)絡中廣域覆蓋比現(xiàn)有的網(wǎng)絡增益20dB，通過相互驗證和增強的加密接口提高安全性，為運營商的物聯(lián)網(wǎng)應用提供穩(wěn)定條件。
總體上，每種3GPP網(wǎng)絡都具有明顯的優(yōu)勢，即移動生態(tài)系統(tǒng)具有全球性，IT基礎設施已經(jīng)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(guī)劃化，EC-GSM和eMTC仍然在等待標準化。
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