物联网低功耗广域网络的参数比较

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通信协议无疑是物联网中争论最多的领域之一,这些争论中,有些是标准之争,有些是专利之争,其中无线通信是物联网领域普遍关注的话题。物联网智库讨论过WiFi、蓝牙、Zigbee之争,但这些协议均为局域网络协议,广域网络方面当前功耗和成本的经济性越来越吸引物联网的应用者,被称为低功耗广域网络(Low Power Wide Area,LPWA)。

此前,我们曾看到SigFox属于此类技术,但随着研究的深入,我们发现其实还存在着不少类似的技术,当一项协议成为主流协议前,它一定是经过与其他协议的一番斗争之后才形成的。本文的目标是对它们进行比较,不过人们对此立即会产生一个问题:你如何去做比较?通过查阅和研究相关文献,笔者试图提炼一些通用线索来串起各种协议,并对每一协议的代表性企业进行访谈,形成了对LPWA协议的比较。

功耗和成本看似重要,实则无法纳入比较参数

功耗和成本是每一个协议宣称其所具备的特征,但是,还没有人成为这方面的赢家。

影响功耗的因素很多,有些可能无法计量,功耗是否可以进行比较其实并不明确。根据一位拥有多年LPWA实践经验的Telensa专家所述:“功耗唯一可计量的是电池寿命”。另一专家认为,LPWA网络协议虽然是低功耗的,但如果比较单位数据功耗的话,其功耗是大于2G网络的。低传输功耗意味着只有很低的数据速率,因此可能需要很长时间来传输,也就是说设备平均休眠状态时间就很短。因低传输功耗而形成的微弱数据需要更敏感的接收线路,因此接收端可能需要更多平均功耗。

哪些参数可以拿来进行比较?

距离

我们知道任何无线技术传输距离随着其信号传输方式不同而不同,这一规律自然适用于LPWA网络。在人口密集的城市环境中,围墙、建筑物、反射以及交通状况等,使得无线传输距离短于农村地区;而在平整的、无障碍的农村环境下,传输距离会大大增加。但我们仍不可忽视一些因素——无线电干扰等。

因此,距离是各协议代表厂商热议的话题,有些协议宣称可以达到数十公里距离,但其竞争对手可能会说在实际环境中其效果会大打折扣。距离作为比较标准实际上是一个比较谨慎的选择,但至少它是可计量的指标。

另外需要注意的是:你可能发现这些LPWA协议在市场宣传资料中会与诸如Zigbee之类的协议进行比较。你可能觉得Zigbee是一个局域组网协议,与LPWA比较有些奇怪,但实际上Zigbee通过Mesh组网也可以形成广域网络。

频谱

几乎所有LPWA协议均使用ISM频段,虽然有少量协议使用授权频谱。我们将给出每个协议的频段,有些使用的是超低频段,有些是低频段,还有些是采用宽频。

上行/下行对称性

这些LPWA协议均对数据的上下行采取非对称的方式,比较表格中简单给出了它们是否采用上下行对称方式。

数据速率

这是另一个易变的参数,它依赖于距离、障碍以及数据拥堵情况,所以仅仅给出一般性的范围。

最大节点数

最大节点有两种表述方式,一个是整个网络中的节点数,另一个是星形网络中每一Hub配置的节点数。

最大节点数受一些因素的影响,节点数有可能在协议中已设定,但即使一个协议的理论容量是百万,但其容量受制于ISM频段,这不仅仅是一个数字,而是依赖于在给定时间有多少其他协议也在使用该频段。

空中升级(OTA)的可能性

这可能是一个随机的参数,但这一参数反映网络有效的下行能力。如果网络仅提供几个比特的下行容量,那它是无法下载一个大的软件数据包来更新其远程节点的。

切换

我们很容易理解物联网edge nodes作为静态单位无线传输,但是很多设备——如汽车、农用机械等是移动的,还有一些本身可能不是移动的,但别人会不断移动它们——比如仓储中贴有电子标签的货物。因此,我们自然想知道一个协议是否可以实现设备在不同Hub之间的无缝切换。

运营模式

一些协议只是由网络运营商来掌握,并向工作提供网络服务,就像为电话提供蜂窝网络系统一样。而也有其他协议通过公有或私有网络提供。

标准状况

一些协议已制定了相应的标准,或者正在制定中,有些协议拥有者将其标准公开出来,而有些所有者申请专利保护。在一些情况下,你可以获取其细则,而有些情况下你需要获得认证。

现存的LPWA网络协议知多少

除了我们耳熟能详的LoRa、SigFox、LTE-M外,这一领域也是多家争鸣的状态,包括NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等

 

 

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