什么是LPWAN？物联网(IoT)是指由全球数十亿台连接到互联网的设备组成的网络。常见的物联网设备包括可穿戴设备和智能家居设备。此类应用程序基本上为了方便而牺牲了一些隐私。在工业领域，物联网的优势极为显着。它不仅可以提高生产力、降低成本、降低能源消耗，还可以让机器读取海量数据并据此执行动作。通过分析所有物联网设备产生的数据，您可以提高工作效率或为客户提供更好的服务。随着您对客户的了解越来越深入，您可以提供新型服务并扩大您的影响范围。然而，当今的大多数无线技术仍不能满足物联网的需求，尤其是在范围或电池寿命方面。为满足物联网要求，您必须在数据速率、功耗和覆盖范围之间做出选择。为了实现低功耗，必须牺牲数据速率。ZigBee、BTLE和NFC可以以中等数据速率和低功耗提供短距离覆盖。LPWAN是一种同时满足覆盖范围和电池寿命需求的技术。它以最小的功耗提供最长的范围，并且数据速率仅略有下降。许多智能城市和智能公用事业应用，如智能路灯、湿度传感器、智能计量和智能停车，不需要高数据速率，但需要非常广泛的覆盖范围。这就是LPWAN可以派上用场的地方。LPWAN技术：案例研究让我们考虑一下如何使用LPWAN来提高无线智能计量应用的生产力。公用事业公司负责为小镇上的所有家庭供水。公司不得不派人上门抄水表。整个过程都是人工完成的，路上花了不少时间。如果公司能够在每个家庭安装水表，无线跟踪用水情况，并将数据发送到云端，不仅可以节省大量工时，还可以有效降低成本，让公司可以专注于其他工作.场地。此外，公用事业公司可以更好地了解客户的用水模式，并利用这些数据优化供水能力，确保家庭在高峰时段获得充足的用水。为了无线跟踪用水情况，该公司必须在水表上添加一个小型硬件设备、物联网客户端或代理。该硬件读取水表数据并定期将读数发送到云端。在这种情况下，数据速率和延迟并不重要，最关键的因素是范围和电池寿命。由于一些水表安装在偏远地区、地下室或难以到达的地方，因此无线技术必须支持广泛的覆盖范围并提供深度的室内覆盖。水表中的电池预计可持续使用10年以上。此时，这些服务提供商面临的挑战是：通过无线技术将安装在偏远地区的所有水表连接到云端确保这些水表中的电池有超过10年的使用寿命为了克服这些挑战，公司可以使用低功耗广域网技术。这些技术可大致分为许可和非许可技术，各有优缺点。LPWAN技术对比由于蜂窝网络成本高、功耗大、需要使用昂贵的硬件和服务，许多网络提供商转而使用非授权频谱（如LoRa、SIGFOX和Telensa）来发展其无线网络。这些供应商主要为关键基础设施和农业等应用开发自己的低成本基站。它们从一个小的覆盖区域开始，逐渐将基础设施的覆盖范围扩大到全国或整个地区，然后通过蜂窝回程链路连接到云端。另一方面，获得许可的LPWAN技术（例如3GPPNB-IoT或LTECat-M1）支持对现有蜂窝基础设施进行软件更新，例如升级现有的LTE和GSM基站。通过复用现有的3G或4G频谱，可以快速实现国内和国际的覆盖和部署。这些技术支持依赖广泛覆盖的应用，例如车辆跟踪、宠物跟踪和物流。随着技术的发展，他们继续制定更强大的标准，以将服务扩展到移动通信、漫游、安全和身份验证等其他领域。获得许可和未获得许可的LPWAN技术有一些共同点：都具有高链路预算和长电池寿命。两者之间的主要区别在于围绕这些技术的生态系统不同。SIGFOX是一个由多个芯片制造商组成的生态系统，其产品使用sub-GHz频段，Sigfox负责管理协议和认证。该公司提供非常小的数据包（12字节）和非常低的安装成本，是最早的LPWAN供应商之一。LoRa是一项专有技术，芯片由Semtech提供。LoRaWAN是由LoRa联盟开发并认证的基于LoRa技术的协议。LoRaWAN主要是一种媒体访问控制(MAC)层协议，可为应用程序提供极大的灵活性，但对开发完整解决方案的工程师提出了重大挑战。窄带物联网(NB-IoT)、LTECat-M1和EC-GPRS都是蜂窝物联网标准，它们采用来自多个供应商的芯片或设备的多供应商生态系统。与其他蜂窝格式一样，其认证由GCF/PTCRB管理。您只需升级现有蜂窝基础设施所使用的软件即可支持这些新技术。虽然比非授权技术晚几年问世，但已被国内外企业广泛采用，支持车辆跟踪、物流、资产跟踪等大覆盖应用。LTECat-M1是根据3GPP发布的LTE技术修订而来，是现有技术的简化版。它使用更简单、更便宜的芯片组，并且可以提供比其他LPWAN技术更快的数据速率。LTECat-M1也通过对现有LTE基础设施的软件更新得到支持。Cat-M1最初部署在美国。NB-IoT是3GPP发布的一项新技术，可以通过对LTE或现有RAN基础设施的软件更新来支持。与其他技术相比的优势是设备成本相对较低且链路预算良好。NB-IoT最初主要部署在亚洲或欧洲。EC-GPRS是GPRS的改进版本，可以通过对现有GSM基础设施进行软件更新来支持它。它通过信号中继或??重传实现比GPRS更好的链路预算。其他LPWAN格式包括Telensa、Ingenu和Weightless。Telensa是一种单一供应商设备，使用来自多个供应商的芯片并在sub-GHz频段运行。这家垂直整合的制造商主要专注于智能路灯业务，并已开始进入停车传感器领域。Telensa已广泛部署在英国、美国和亚洲的街道照明应用中。Ingenu基于其专有的RPMA技术，并在未经许可的2.4GHz频段中运行。Weightless具有三种不同的无线设计，由Weightless特别兴趣小组(SIG)管理。LPWAN要求和挑战LPWAN技术多种多样，但它们都具有一些共同特征，以满足物联网应用的要求。可靠性：在无人干预的情况下提供10年或更长时间的运行，物联网服务中断后可自行恢复高密度：支持大量连接设备低成本：每个模块成本低于5美元出色的电池寿命：长寿命超过10年，通常一天可以发送几条消息，每条消息包含几十个字节，以延长电池寿命覆盖范围：可以覆盖难以到达或偏远地区满足这些要求是一个很大的挑战。可靠性：为确保可靠性，设备制造商必须在实验室或生产线上重现不同的实际操作场景，并以高度的可重复性进行测试。他们还需要测试不利的场景，例如物联网服务器停机和连接失败，以确保设备在不消耗太多电力的情况下自行恢复。覆盖范围：为了确保更大的覆盖范围，制造商需要模拟不同的射频环境，包括远程位置、地下室、遮蔽场所、混凝土建筑和工业环境，这些环境中的射频条件差异很大。设备制造商需要执行发射器和接收器表征，以了解物联网设备在这些不同射频条件下的性能。更长的电池寿命：为了延长电池寿命，制造商需要分析物联网设备在活动、空闲、待机和睡眠模式下的电流消耗。设备制造商还需要重新建立各种运行条件，例如远程软件更新、极端覆盖条件下的重复传输、设备无法连接到服务器的条件，以充分了解每个场景消耗多少电流。元器件成本低：为有效降低元器件成本，许多厂商采用低成本元器件，简化硬件设计。必须仔细表征这些组件的性能，以确保它们的可靠性不受影响。仔细选择正确的测试设置有助于降低组件成本。完整的解决方案可以涵盖从设计、制造到一致性测试的整个产品开发周期，帮助客户大幅降低测试设备的资本支出。支持多种格式：许多制造商的产品使用不同的LPWAN技术来满足不同应用和国家的要求。因此，他们需要支持大多数LPWAN技术的测试解决方案。验收或认证测试：使用蜂窝技术的组件，例如NB-IoT模块和Cat-M1模块，必须通过GCF和PTCRB等认证和监管测试。您必须对这些组件执行多个用例测试，以确保符合相关标准。
