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LPWAN概述二:NB-IoT、LTE-M、LoRa、SigFox等LPWAN技术

时间:2023-03-15 17:09:36 科技观察

接上一篇文章《LPWAN概览之一:LPWAN技术相对于其他物联网连接选项的优势》在第一篇LPWAN概述中,我们了解了LPWAN是什么,LPWAN技术相比的优势其他物联网连接解决方??案。基于对LPWAN的一般认识,这里我们将比较主要的LPWAN技术和该领域的主要参与者。我的目标是让您广泛了解哪种LPWAN适合您的IoT应用程序以及如何最好地向前推进。LPWAN技术虽然有许多LPWAN技术和标准,但我们将重点关注SigFox、LoRa、SymphonyLink和Weightless,因为这些技术正在积极开发或部署中。虽然还有其他专有协议和堆栈,例如Dash7Alliance协议,但它们并没有获得太多关注,因此本文不会对其进行介绍。LTE-M和窄带物联网(也称为“NB-IoT”和“LTE-M2”)最近成为该领域的新大玩家。随着5G席卷全球,快速变革的物联网连接格局即将迎来又一次重大转变。了解LPWAN如何适应空间,以及如何权衡空间中不同LPWAN技术的成本和收益,对于为连接选项的未来过渡做好充分准备至关重要。以下部分概述了每种LPWAN技术。NB-IoT和LTE-MLTE-M以及窄带物联网(NB-IoT)是LPWAN领域有前途的参与者。LTE-M是第三代合作伙伴计划(通常称为“3GPP”)对LPWAN解决方案的回应,在节省资源的同时搭载标准LTE连接。NB-IoT是Sigfox和LoRa联盟发起的挑战中的另一个3GPP构造,但是,NB-IoT与LTE-M的不同之处在于它在LTE构造之外运行。NB-IoT的一大优势是其更简单的波形:该技术消耗的功率最少。另一大优势是成本。通过选择专为NB-IoT协议设计的芯片组,其结构更简单,从而降低了整体组件成本。***、NB-IoT在智慧城市应用方面具有潜在优势。LinkLabs预测NB-IoT可能比LTE-M具有更好的建筑物渗透率。另一方面,由于LTE无处不在,而且采用LTE-M的芯片通常也非常昂贵,因此在美国部署将很困难;它在人机和其他漫游应用中具有优势。LTE-M具有更高的数据速率,这对于数据丰富的用例很重要。与NB-IoT不同,前端比较简单。然而,除了LTE主要是美国技术外,还有其他限制因素需要考虑。首先,我们仍然可以了解LTE-M的功率效率。还有一些严重的许可问题需要考虑。谁愿意付钱给像高通和InterDigitals这样的公司来授权手机知识产权?一般来说,更大的经济和实际力量可能会影响NB-IoT与LTE-M的辩论。我们可能会看到主要的美国服务提供商推动LTE-M,因为他们已经在LTE技术上投资了数十亿美元。相比之下,在以GSM频谱为标准的世界其他地区,我们可以预期会看到对(非LTE)NB-IoT协议的偏好。LORALORA联盟是一个开放的非营利性协会,旨在促进某些LPWAN技术的生态系统。它在北美、欧洲、非洲和亚洲拥有大约400家成员公司,其创始成员包括IBM、MicroChip、Cisco、Semtech、BouyguesTelecom、Singtel、KPN、Swisscom、Fastnet和Belgacom。LoRaWAN是由LoRa联盟管理的开放标准网络层。然而,它并不是真正开放的,因为实现完整LoRaWAN堆栈的底层芯片只能通过Semtech获得。基本上,LoRa是物理层:芯片。LoRaWAN是MAC层:用于启用网络的软件。可以在Jensd的I/OBuffer博客上找到对LORAWAN更详细和简要的介绍。该功能类似于SigFox,因为它主要用于仅上行链路的应用程序——从传感器/设备到网关的数据——具有许多端点。但是,它不是使用窄带传输,而是使用编码数据包在不同的频道和数据速率上分发信息。这些消息不太可能相互冲突和干扰,从而增加了网关的容量。SigFoxSigFox成立于2009年,是一家法国公司,总部位于法国拉贝日。由于在欧洲成功的营销活动,SigFox在LPWAN领域具有重要的吸引力。它还拥有一个庞大的供应商生态系统,包括德州仪器、SiliconLabs和Axom。最近,SigFox已将大部分精力投入到快速发展的欧洲市场——以美国为中心的采用者的一个考虑因素。SigFox使用专有技术,这是使用低调制速率实现更大范围的一个例子。由于这种设计选择,SigFox是只需要发送少量、不频繁的突发数据的系统应用程序的绝佳选择。可能的应用包括停车传感器、水表或智能垃圾桶。但是,它也有一些缺点。将数据发送回传感器/设备(下行链路能力)受到严重限制,信号干扰可能成为一个问题。SymphonyLinkLinkLabs是LoRa联盟的成员,因此使用了上面提到的LoRa芯片。然而,LinkLabs没有使用LoRaWAN,而是在Semtech的芯片SymphonyLink上构建了一个专有的MAC层(软件)。LinkLabs由约翰霍普金斯大学应用物理实验室的前成员于2013年创立,总部位于马里兰州安纳波利斯。与LoRaWAN相比,SymphonyLink添加了一些重要的连接功能,包括有保证的消息接收、无线固件升级、消除占空比限制、中继器功能和动态范围。WeightlessSIGWeightlessSIG(特殊兴趣小组)成立于2008年,其使命是实现LPWAN技术的标准化。埃森哲、ARM、M2COMM、索尼欧洲和Telensa等五家“外展团队成员”。WeightlessSIG是唯一在低于1GHz的免许可频谱中运行的真正开放标准。Weightless可用于不同目的的三个版本:Weightless-W:利用空白空间(许可电视频段中未使用的本地频谱)Weightless-N:源自NWave技术的非许可频谱窄带协议Weightless-P:源自M2COMMPlatanus技术双向协议Weightless-N和Weightless-P是更受欢迎的选择,因为Weightless-W的电池寿命更短。Nwave的Weightless-N在功能上与SigFox非常相似,但有更好的MAC层实现。它声称使用“先进的解调技术”使其网络能够与其他无线电技术共存,而不会产生额外的噪音。与SigFox一样,它最适合基于传感器的网络、温度读数、储罐液位监控、智能计量和其他此类应用。Weightless-P标准在12.5kHz窄带(大于SigFox但小于LoRa)中使用FDMA+TDMA调制。它还具有自适应数据速率,类似于SymphonyLink(200bps至100kbps)。灵敏度非常高,625bps时为-134dBm,支持PSK和GMSK调制。Weightless-P适用于专用网络、更复杂的用例以及需要同时控制上行链路数据和下行链路数据的情况。Weightless-P的开发套件现在才刚刚开始上市。上面讨论的LPWAN技术之间存在重要的细微差别,并且随着NB-IoT和LTE-M协议的新竞争,很难跟踪移动LPWAN的前景。我希望本系列文章能帮助您在为下一个物联网解决方案选择不同的LPWAN技术时做出明智的决定。