物聯網專用的低功耗廣域網絡盤點

2021-01-12 51CTO

物聯網的基本單元「物」的廣泛分布,使得這一產業對無線廣域網的需求劇增,除了不斷提升的3G/4G/5G寬帶網絡外,低功耗廣域網絡(LPWAN)無疑是物聯網通信層最引人矚目的領域了。根據Analysys Mason的研究,單單這些LPWAN技術,到2023年前就可以為全球添加30億的連網數量。9月26日,我們為讀者編譯推出一篇LPWAN協議的綜述性文章,對適用於物聯網的低功耗廣域網絡協議相關參數比較,它們包括:LoRa、SigFox、LTE-M、NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等。今天我們對其具體情況進行盤點。

LoRa

LoRa並不是一個陌生的技術,它目前應用最為廣泛的LPWAN網絡技術之一,這一協議源於SemTech公司,該公司計劃將逐步授權其他源文件。此前,Microchip公司宣布推出支持LoRa的通信模組,法國Bouygues電信運營商宣布將建設一張新的LoRa網絡。

另外,LoRa聯盟已於今年年初成立,是LPWAN領域***個產業聯盟,旨在通過構建生態系統的方式推動LoRa的普及。

物聯網智庫此前發布的LPWAN領域文章中,大部分為LoRa相關技術、市場、產業的介紹,故不再贅述。

NWave

NWave技術公司自己擁有該協議的所有權,該協議是Weightless-N協議的基礎。它以虛擬化Hub的方式實現多數據流傳輸,中央處理器對數據進行分類確保數據歸屬性。

實際上,今年7月份,Nwave 技術公司和企業加速器組織Accelerace與Next Step City攜手合作,在丹麥部署Weightless-N網路,範圍遍及首都哥本哈根,以及南丹麥能源產業重鎮埃斯比約,這一網絡即採用NWave協議搭建。此網絡是***的公共網路建設行動,是***開創性的裡程碑,為丹麥物聯網和智慧城市建設提供網絡基礎。

OnRamp

OnRamp使用其自有的協議,稱為RPMA(隨機分配,多址接入)。OnRamp公司以授權方式讓合作夥伴使用該技術,且該公司撰寫了一份非常詳盡的白皮書,白皮書中給出充足理由證明他們將優於SigFoax和LoRa。

Platanus

這一協議是由雲創科技(M2COMM)所擁有,是為處理一定距離下超高密度節點而設計的,它可以廣泛用於電子標籤類應用中,這一協議也成為Weightless-P技術的基礎。

Platanus原始技術瞄準在100m左右中等範圍,為物聯網數位價格標籤提供室內覆蓋。這些數位價格標籤採用電子墨水(e- ink)或LCD顯示器,能夠取代商店貨架上的紙類價格標籤, 讓商店得以透過無線方式調整產品價格。Platanus技術的其他主動式應用還包括工廠中的生產批次的資訊顯示器,提供包括即時狀態與待處理的下一個步驟等資訊。由於這是一種雙向的通訊,這些顯示器還能整合感測器,監測貨品的環境狀況。

SigFox

SigFox也是商用化速度較快的一個LPWAN網絡技術,它採用超窄帶技術,使得網絡設備消耗50微瓦的功率為雙向單向通信或100微瓦。這一協議由SigFox公司擁有,其創始人是法國企業家Ludovic Le Moan,主要打造低攻耗、低成本的無線物聯網專用網絡。

SigFox獲得了數論巨額融資,在其B輪融資中,Intel Ventures即向 Sigfox 投資了1000萬美元,當時該公司的總融資額已經達到1210萬歐元。而在今年初,SigFox獲得1億歐元的風險投資,創法國歷史上VC融資之最,這次的投資人大部分來自運營商,包括西班牙的 Telefonica、法國的 GDF Suez、日本電信運營商 NTT Docomo、韓國電信運營商 SK Telecom、法國的 Air Liquide。目前,Sigfox 的網絡覆蓋法國、西班牙、荷蘭和英國的 10 個大城市。

Telensa(原稱Senaptic)

Telensa公司是一家無線監控系統供應商,將其智能無線技術應用於醫療、安全、車輛跟蹤和智能計量等市場,特別關注於街道照明和停車的遠程控制和管理。其掌握的低功耗無線通信技術僅開放用戶界面,協議本身並不開放,該公司認為自己在應用層具有差異化的優勢,而不是在底層協議層上。

Weightless

Weightless實際上包括三個協議,初始協議是Weightless-W,它是為充分利用廣電白頻譜(TVWS),但全球並未著眼於開發空白頻譜的可用性,因此該協議一直被擱置直到頻道可用的時候。

另一協議Weightless-N作為Weightless-W的補充,是一個非授權頻譜下窄帶網絡協議,源於NWave技術,今年五月發布,瞄準在高達7Km的距離內以低速率為物聯網設備到基站提供低成本的單向通訊。Weightless特別興趣小組(SIG)之前即針對Weightless-N標準展開一連串制定工作,目前已公布 Weightless 1.0版架構,是以低功耗、大範圍網路覆蓋為目標基礎所制定,使用sub-GHz頻譜和超窄頻段(Ultra Narrow Band)技術,期能滿足更多物聯網應用。

但還有一系列的應用需要雙向通訊,以便確認信息接收、軟體更新等,它們需要比Weightless-N更高的速率。於是第三個協議Weightless-P應運而生,正瞄準了這些市場需求近期,這一協議是基於M2COMM 公司的Platanus技術。根據Weightless SIG介紹,Weightless-P將利用窄頻通道以及12.5kHz通道的FDMA+TDMA調變,作業於免授權的sub-GHz ISM頻段。物聯網設備與基站的通訊將可實現時間同步,從而管理無線電資源與處理交換機制以實現裝置漫遊,可用的通訊速率能夠根據鏈路品質與所取得的資源,在200bps-100kbps之間調整。

Weightless作為開放的協議,並允許開發者使用特定供應商或網絡服務供應商的資源,每家公司都能免費利用Weightless技術發展低成本的基站和終端設備,因此成為繼LoRa和SigFox之後具有商業化前景的技術。

LTE-M

LTE-M由華為基於3GPP的Cat. 0協議之上推出的LPWAN專用技術,在技術方面,LTE-M標準更是針對物聯網進行了特殊的設計,可以減小發射功耗20dBm,這將使得大樓深處得以覆蓋。物聯網智庫曾對LTE-M進行過深入總結,可參見《超百億物聯網設備的專用網絡:LTE-M的前世今生》一文。

其他協議

Amber Wireless:Amber Wireless是一個私有專利協議,當前暫無詳細的商用化案例。

M2M Spectrum網絡:致力於在美國授權頻段上搭建和運營專用M2M網絡

LTE-MTC:3GPP組織正在提出Cat. 1、Cat. 0等機器類型通訊(MTC)規格。面對物聯網走向低數據傳輸率的技術演進,因此3GPP開始在Release 12中訂定Cat. 0標準,其數據傳輸率只有1Mbit/s,而在***的Release 13中更進一步提出Cat. 00標準,數據率降至200kbit/s,讓收發端耗電量顯著降低,大幅提升LTE技術在M2M應用中的競爭力。

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