物联网低功耗广域网络（LPWAN）技术全面详解

　　物联网希望通过通信技术将人与物，物与物进行连接。在智能家居、工业数据采集等局域网通信场景一般采用短距离通信技术，但对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术。LPWAN技术正式为满足物联网需求应运而生的远距离无线通信技术。

　　提到远距离无线通信，你可能会有疑问不是有移动蜂窝通信技术吗？的确，目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络，然而2G、3G、4G等蜂窝网络虽然覆盖距离广，但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信。根据权威的分析报告，当前全球真正承载在移动蜂窝网络上的物与物的连接仅占连接总数的6%。如此低的比重，主要原因在于当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。想要了解蜂窝通信技术与物联网，请查看《从技术角度看移动通信技术发展与物联网》

　　LPWAN（Low Power Wide Area Network），低功耗广域网络，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。

　　LPWA可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

　　接下来电子发烧友小编为你带来LPWA的两类技术详解：

　　LoRa

　　LoRa并不是一个陌生的技术，它目前应用最为广泛的LPWAN网络技术之一，这一协议源于SemTech公司，该公司计划将逐步授权其他源文件。

　　LoRa无线技术的主要特点：

　　长距离：1 ~ 20 km

　　节点数：万级，甚至百万级

　　电池寿命：3~10年

　　数据速率0.3~50kbps

　　LoRa作为一种无线技术，基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量。LoRa信号对建筑的穿透力也很强。LoRa的这些技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。

　　在城市里，一般无线距离范围在1~2公里，郊区或空旷地区，无线距离会更远些。网络部署拓扑布局可以根据具体应用和和场景设计部署方案。LoRa适合于通信频次低，数据量不大应用。一个网关可以连接多少个节点或终端设备，按照Semtech官方的解释：一个SX1301有8个通道，使用LoRaWAN协议每天可以接受约150万包数据。如果你的应用每小时发送一个包，那么一个SX1301网关可以处理大约62500个终端设备。

　　LoRa应用

　　从目前的LoRa应用情况来看，主要有数据透传和LoRaWAN协议应用。目前还是用LoRa作为数据透传的多，由于网关技术和开发的门槛比较高，使用LoRaWAN协议组网的应用还是比较少。

　　从LoRa网络应用方面看，有大网和小网之分。小网是指用户自设节点、网关和服务器，自成一个系统网络；大网就是大范围基础性的网络部署，就像中国移动的通信网络一样。从LoRa行业从业者来看，有不少电信运营商也参与其中。随着LoRa设备和网络的增多，相互之间的频谱干扰是存在的，这就对通信频谱的分配和管理提出了要求，需要一个统一协调管理的机制，一个大网的管理。

　　LoRa应用需要考虑的几个问题：

　　距离或范围

　　供电或功耗

　　节点数

　　应用场景

　　成本

　　相对于其他无线技术（如Sigfox、NB-IOT等），LoRa产业链较为成熟、商业化应用较早。此前，Microchip公司宣布推出支持LoRa的通信模组，法国Bouygues电信运营商宣布将建设一张新的LoRa网络。Semtech也与一些半导体公司（如ST，Microchip等）合作提供芯片级解决方案，有利于客户获得LoRa产品并采用LoRa无线技术并实现物联网应用。

　　另外，LoRa联盟已于今年年初成立，是LPWAN领域第一个产业联盟，旨在通过构建生态系统的方式推动LoRa的普及。

　　SigFox

　　SigFox也是商用化速度较快的一个LPWAN网络技术，它采用超窄带技术，使得网络设备消耗50微瓦的功率为双向单向通信或100微瓦。相比较而言，移动电话通信则需要约5000微瓦。这就意味着，接入Sigfox网络的设备每条消息最大的长度大约为12字节，并且每天每个设备所能发送的消息不能超过140条。再说说覆盖范围，该公司希望他们的网络可以覆盖至1000公里并且每个基站能够处理一百万个对象。

　　这一协议由SigFox公司拥有，其创始人是法国企业家Ludovic Le Moan，主要打造低攻耗、低成本的无线物联网专用网络。

　　Sigfox今年建网动作

　　2016年2月，SigFox开始在捷克建网，该项目称为SimpleCell。经过一个半月的部署，其网络覆盖的城市和直辖市已经超过3300个，超过了原计划要覆盖6245个地点的一半。在与T-Mobile合作下，如今已经建成了60多个的SimpleCell基站，并计划在今年5月份完成对所有地区的部署。

　　2016年4月，SigFox携手Thinxtra在澳大利亚和新西兰部署物联网网络，从而为成千上万待联网的传感器提供全球性、效益高、节能的通信解决方案。通过本次合作SigFox也将部署全球网络的触角伸到了到亚太地区，为该公司在亚太地区部署自己的网络树立了一块里程碑，标志着该公司2016年在30多个国家推出服务跨出了重要的一步。

　　Sigfox与模块制造商、设备制造商、芯片制造商、物联网平台提供商等产业链上的众多企业都建立了合作关系，如：

　　与芯科实验室的合作，将该实验室的EZRadioPRO无线收发器和UNB技术相结合；

　　与Atmel在远程物联网连接领域也开展了合作，通过了SIGFOXReadyTM认证的ATA8520器件，是首款通过该认证的片上系统（SoC）解决方案；

　　携手TI共同打造高成本效益、远程、低功耗物联网连接，让TI的CC1120 Sub-1GHz RF收发器在搭配UNB技术后提供最远范围的连通性及强大的抗干扰性；

　　同基础设施提供商Arqiva合作启用了第一个站点。