低功耗廣域網(wǎng)技術(shù) (LPWAN) 用于在城市等大面積密集區(qū)域中連接低帶寬、低功耗設(shè)備。常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景包括街道照明、公用事業(yè)計(jì)量、工業(yè)農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)跟蹤、石油天然氣以及環(huán)境監(jiān)測(cè)，在所有這些應(yīng)用中，更長(zhǎng)電池壽命、較遠(yuǎn)工作范圍以及在擁擠環(huán)境中的使用壽命都是要滿足的重要設(shè)計(jì)要求。
在本文中，我們將介紹 LPWAN 的主要特性、該技術(shù)的最佳用例，以及我們客戶采用的一些最常見(jiàn) LPWAN 解決方案。
LPWAN 是什么？
LPWAN 是一個(gè)較新的術(shù)語(yǔ)，隨著家庭物聯(lián)網(wǎng)的爆炸式增長(zhǎng)，該術(shù)語(yǔ)在工業(yè)領(lǐng)域中的使用在飛速增加。隨著部署率越來(lái)越高，需要優(yōu)先考慮低功耗、覆蓋范圍、低數(shù)據(jù)速率和安全性。同時(shí)，計(jì)算、功耗和電池電量方面的創(chuàng)新層出不窮，從而催生了更有效的 LPWAN 技術(shù)。
?在出現(xiàn)所有這些發(fā)展的同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)用于連接各種設(shè)備的蜂窩技術(shù)的高性價(jià)比、應(yīng)用特定替代品的需求也在不斷增長(zhǎng)。在這種新形勢(shì)下，蜂窩技術(shù)的電池壽命短、覆蓋范圍不完整，而藍(lán)牙和 Zigbee 等新興技術(shù)的覆蓋范圍也有限。雖然這些技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是 LPWAN 填補(bǔ)了未得到充分服務(wù)的應(yīng)用的空白，這些應(yīng)用在設(shè)計(jì)上較難得到同類(lèi)技術(shù)的支持。
主流 LPWAN 解決方案技術(shù)
LPWAN 具有多種形式，因此它能夠服務(wù)于多種技術(shù)和協(xié)議，包括開(kāi)源和專有解決方案。隨著越來(lái)越多的公司轉(zhuǎn)為使用 LPWAN，人們最耳熟能詳?shù)南嚓P(guān)品牌如下。
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Amazon Sidewalk
Amazon Sidewalk 是一種低帶寬、長(zhǎng)距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它使用藍(lán)牙低功耗 (BLE)、頻移鍵控 (FSK) 和 CSS 技術(shù)為家庭內(nèi)外的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備打造圍繞消費(fèi)者的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。Silicon Labs 可為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商提供針對(duì) Amazon Sidewalk 的最完整、一站式無(wú)線開(kāi)發(fā)解決方案，從而簡(jiǎn)化您的開(kāi)發(fā)流程，降低成本，并加快 Amazon Sidewalk 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的創(chuàng)收時(shí)間。經(jīng)認(rèn)證的解決方案包括 Amazon Sidewalk SDK、無(wú)線硬件、安全性和開(kāi)發(fā)套件及工具。
Wi-SUN
Wi-SUN 是一種受聯(lián)盟支持的全球可用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它完全開(kāi)放，無(wú)需訂購(gòu)，而開(kāi)發(fā)人員可以訪問(wèn)專用網(wǎng)絡(luò)，獲得強(qiáng)大安全性和廣泛的供應(yīng)商支持。
Wirepas
Wirepas 是一種用于企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的非蜂窩 5G 連接技術(shù)。Wirepas 的長(zhǎng)距離 LPWAN 配置文件 (5G Mesh) 具有 1.9 GHz 專用頻譜。
NB-IoT/LTE-M
NB-IoT 是 LPWAN 的 4G/5G 蜂窩版本。LTE-M 將網(wǎng)絡(luò)和許可頻譜擴(kuò)展到了機(jī)器級(jí)別。各主要運(yùn)營(yíng)商都擁有 LTE 和 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)。雖然它們提供了用于跟蹤、移動(dòng)和定位功能的成熟基礎(chǔ)設(shè)施，但相比其他解決方案，消耗的功率更高，而且需要付費(fèi)訂購(gòu)。由于監(jiān)管要求因素，NB-IoT/LTE-M 目前在亞洲更受歡迎。
Mioty
Mioty 的功能與 LoRa 相似，是一種受聯(lián)盟支持的解決方案，以在采礦等嚴(yán)苛環(huán)境中具有高可靠性而著稱，其功能主要用于地下環(huán)境。Mioty 提供低功耗和長(zhǎng)距離技術(shù)，并提升了冗余度以確保數(shù)據(jù)交付。
Z-Wave 長(zhǎng)距離
Z-Wave Long Range (LR) 將 Z-Wave 連接體驗(yàn)擴(kuò)展到家庭邊界之外，并加速了 Z-Wave 在商業(yè)照明、酒店和多住戶單元 (MDU) 等其他垂直領(lǐng)域的采用。該規(guī)范支持最大輸出功率 30dBm，可用于增強(qiáng)傳輸范圍，在未來(lái)可支持長(zhǎng)達(dá)數(shù)英里的傳輸距離。
LoRa
LoRa 最初由 Semtech 開(kāi)發(fā)，該公司目前仍擁有自己的調(diào)制技術(shù)。LoRa 是一種專有的 ISM 頻段 LPWAN 技術(shù)，由 LoRa 聯(lián)盟提供支持。LoRaWAN 規(guī)范規(guī)定了認(rèn)證和合規(guī)性要求，以確保互操作性。LoRa 無(wú)需訂購(gòu)，其采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適合長(zhǎng)距離傳輸。
選擇 LPWAN 技術(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)
作為一種新興技術(shù)，亞 GHz LPWAN 市場(chǎng)受到監(jiān)管碎片化的影響。每個(gè)國(guó)家都具有自己的頻段。此外，存在許多 LPWAN 用例，LPWAN 實(shí)施方式也多種多樣。僅在智能家居、智慧城市和商業(yè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)就有數(shù)百種相關(guān)應(yīng)用。考慮到這兩個(gè)因素，目前尚無(wú)萬(wàn)全之策。
根據(jù)您的使用情況和所處監(jiān)管環(huán)境，您可以將范圍縮小為 2 或 3 LPWAN 解決方案，然后再研究生態(tài)系統(tǒng)、互操作性和供應(yīng)商支持。
在考慮要采用的 LPWAN 技術(shù)解決方案時(shí)，最需要考察的因素包括生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴、應(yīng)用要求和法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)。
回答下列問(wèn)題將有助于您更有效地評(píng)估 LPWAN 解決方案：
- 您希望在什么生態(tài)系統(tǒng)中工作？
- 該生態(tài)系統(tǒng)是否提供您所需的功能？
- 您所在地區(qū)是否有該生態(tài)系統(tǒng)？
- 是否有供應(yīng)商支持該生態(tài)系統(tǒng)？
- 是否可以實(shí)現(xiàn)互操作性？
- 您的應(yīng)用場(chǎng)景要求是什么？
- 您希望設(shè)備在兩次維修之間的現(xiàn)場(chǎng)正常工作時(shí)間是多少？
- 您期望的傳輸距離是多少？傳輸距離更重要還是性能更重要？
- 您對(duì)電池壽命的預(yù)期是什么？是否可以選擇線路供電方式？
- 您的鏈路相關(guān)預(yù)算是多少？
- 是否有 RF 靈敏度方面的任何需求或顧慮？
- 您對(duì)信道容量的期望是什么？
- 您的帶寬要求是什么？
- 您的應(yīng)用是否必須基于標(biāo)準(zhǔn)？
面向 LPWAN 的設(shè)計(jì)
LPWAN 在運(yùn)行方面既有優(yōu)勢(shì)，也有劣勢(shì)，而設(shè)計(jì)中可能會(huì)放大這些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。例如，由于更常用于野外而非私人住宅或其他更安全的區(qū)域中，LPWAN 技術(shù)更容易受到實(shí)體攻擊。除了網(wǎng)絡(luò)安全性，設(shè)計(jì)人員還需要考慮用以生產(chǎn)防篡改硬件和外殼的方法。在硬件方面，干擾問(wèn)題是在設(shè)計(jì)天線時(shí)需考慮的主要問(wèn)題。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)不符合使用情況，或者安裝人員對(duì)最佳實(shí)踐的了解較少，則系統(tǒng)就無(wú)法達(dá)到預(yù)期的范圍。在軟件方面，由于 LPWAN 技術(shù)依賴于喚醒/睡眠周期，因此設(shè)計(jì)人員需要一種經(jīng)過(guò)調(diào)優(yōu)的算法，以減少喚醒程序所消耗的能量，并保持較低的系統(tǒng)級(jí)功耗。
Silicon Labs 提供各種 LPWAN 解決方案，從用于定制型解決方案的靈活應(yīng)用程序編程接口 (API)，到合作伙伴協(xié)議棧和完整協(xié)議棧，無(wú)所不包。無(wú)論您是精通 RF 和連接技術(shù)的人員，還是剛剛涉足的新手，您都將在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中獲得強(qiáng)大的支持。
Silicon Labs 的 LPWAN 解決方案
我們提供各種 LPWAN 解決方案，從用于定制型解決方案的靈活應(yīng)用程序編程接口 (API)，到合作伙伴協(xié)議棧和完整協(xié)議棧，無(wú)所不包。除了支持最主流 LPWAN 技術(shù)外，您還將在整個(gè)開(kāi)發(fā)流程中獲得強(qiáng)大的支持。
