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。常見應(yīng)用場景包括街道照明、公用事業(yè)計量、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，在所有這些應(yīng)用中，更長電池壽命、較遠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 LPWAN 解決方案。
LPWAN 是什么？
LPWAN 是一個較新的術(shù)語，隨著家庭物聯(lián)網(wǎng)的爆炸式增長，該術(shù)語在工業(yè)領(lǐng)域中的使用在飛速增加。隨著部署率越來越高，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，計算、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，市場對用于連接各種設(shè)備的蜂窩技術(shù)的高性價比、應(yīng)用特定替代品的需求也在不斷增長。在這種新形勢下，蜂窩技術(shù)的電池壽命短、覆蓋范圍不完整，而藍牙和 Zigbee 等新興技術(shù)的覆蓋范圍也有限。雖然這些技術(shù)都有其獨特的優(yōu)勢，但是 LPWAN 填補了未得到充分服務(wù)的應(yīng)用的空白，這些應(yīng)用在設(shè)計上較難得到同類技術(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，包括開源和專有解決方案。隨著越來越多的公司轉(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、長距離無線網(wǎng)絡(luò)，它使用藍牙低功耗 (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)備打造圍繞消費者的無線網(wǎng)絡(luò)。Silicon Labs 可為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商提供針對 Amazon Sidewalk 的最完整、一站式無線開發(fā)解決方案，從而簡化您的開發(fā)流程，降低成本，并加快 Amazon Sidewalk 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的創(chuàng)收時間。經(jīng)認(rèn)證的解決方案包括 Amazon Sidewalk SDK、無線硬件、安全性和開發(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)。它完全開放，無需訂購，而開發(fā)人員可以訪問專用網(wǎng)絡(luò)，獲得強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)和許可頻譜擴展到了機器級別。各主要運營商都擁有 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，而且需要付費訂購。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 提供低功耗和長距離技術(shù)，并提升了冗余度以確保數(shù)據(jù)交付。
Z-Wave 長距離
Z-Wave Long Range (LR) 將 Z-Wave 連接體驗擴展到家庭邊界之外，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，可用于增強傳輸范圍，在未來可支持長達數(shù)英里的傳輸距離。
LoRa
LoRa 最初由 Semtech 開發(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 無需訂購，其采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適合長距離傳輸。
選擇 LPWAN 技術(shù)時的注意事項
作為一種新興技術(shù)，亞 GHz LPWAN 市場受到監(jiān)管碎片化的影響。每個國家都具有自己的頻段。此外，存在許多 LPWAN 用例，LPWAN 實施方式也多種多樣。僅在智能家居、智慧城市和商業(yè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，每個細(xì)分市場就有數(shù)百種相關(guān)應(yīng)用。考慮到這兩個因素，目前尚無萬全之策。
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，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)。
回答下列問題將有助于您更有效地評估 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)？
- 是否可以實現(xiàn)互操作性？
- 您的應(yīng)用場景要求是什么？
- 您希望設(shè)備在兩次維修之間的現(xiàn)場正常工作時間是多少？
- 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
LPWAN 在運行方面既有優(yōu)勢，也有劣勢，而設(shè)計中可能會放大這些優(yōu)勢和劣勢。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)更容易受到實體攻擊。除了網(wǎng)絡(luò)安全性，設(shè)計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，干擾問題是在設(shè)計天線時需考慮的主要問題。如果產(chǎn)品設(shè)計不符合使用情況，或者安裝人員對最佳實踐的了解較少，則系統(tǒng)就無法達到預(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)計人員需要一種經(jīng)過調(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，無所不包。無論您是精通 RF 和連接技術(shù)的人員，還是剛剛涉足的新手，您都將在整個開發(fā)過程中獲得強大的支持。
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，無所不包。除了支持最主流 LPWAN 技術(shù)外，您還將在整個開發(fā)流程中獲得強大的支持。
