用于所有設備的智能網絡

將來城市中幾乎所有的設備都將聯網，然而，現有的無線網絡標準并不足以滿足類似的應用需求，那么新的無線網絡技術LPWAN將改變這一現狀。

將來所有的設備都將聯網，除了電腦、智能手機、平板電腦和各種消費電子產品，網絡將蔓延至整個城市。據估計，2025年約有300億的設備將接入網絡，但是像WLAN或LTE這些現有的網絡技術將無法滿足這一應用需求，為此，我們需要有新的無線網絡技術，以滿足這些設備的網絡應用。哪些設備將需要新的無線網絡技術呢？目前，科技巨頭、企業和初創企業正在規劃用于滿足人與物、物與物連接的物聯網（Internet of Things，簡稱IOT），智能家居、工業數據采集等應用的一般是短距離的通信技術，而所有需要遠距離通信技術的設備，例如公園長椅、垃圾桶、停車場、路燈、自行車，它們都將需要使用新的無線網絡技術。所謂低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，簡稱LPWAN）就是為此應運而生的遠距離無線通信技術，包含各種開放和專有的解決方案。下面，CHIP將為大家介紹這個無線標準。

超過10年的電池壽命

用于解決LPWAN無線通信技術的硬件與普通的網絡硬件有比較大的區別，它們主要作為傳感器使用，必須有較低的制造和維護成本，并且電池需要能夠維持10年甚至更長的時間。在本文的表格中，列舉了目前LPWAN標準計劃中的應用方案。它們的結構基本類似，設備與周圍的基站聯網，傳感器通過網關連接，網關收集數據并轉發給后臺的服務器。而這些服務器，同時也作為用戶的接入點。

如果我們正嘗試尋找一個停車位，那么應用程序將反過來通過Web服務訪問停車傳感器送到網關的信息。在這種情況下，傳感器將只使用窄波段（100Hz）和具有良好傳播特性的頻率。它們大多工作在1GHz以下未經授權的區域，這可以避免監管部門的問題，但也有一個重要的缺點：有很多電臺都使用這些區域，所以會導致不少干擾。不過，盡管許多新的無線標準都要求必須有一個穩定的誤碼率，但是對于物聯網來說這種情況很常見。然而，也有其他的方法，例如通過一個特殊版本的LTE（LTE-M），這種基于LTE演進的物聯網技術具有全雙向交換數據的優點。另一種與LTE-M競爭的SigFox協議則能夠支持雙向發送方式，但該技術使用一個極低的帶寬，上傳的信道極窄，因此，傳感器的更新可能會因此變得非常頻繁。

如果需要將所有的城市連接起來，那么不僅需要考慮傳感器的成本，還需要考慮基站的數量問題。而在距離達到10km的情況下，LPWAN標準顯然比傳統的移動通信更有優勢。例如，SigFox大約只用1 500個基站即可覆蓋美國加利福尼亞州，而移動通信運營商則需要20 000個發射塔才可以覆蓋這樣的一個地區。按照LPWAN標準，一個網關可以支持很多設備。LTE-M可以支持20 000個甚至有可能是50 000個所謂節點的網絡訪問，而NB-Fi無線技術準備通過一個網關支持超過100萬的設備。不過，這里所謂的支持，并不是支持這些設備同時發送數據。按照LPWAN的設計，在一個典型的城市網絡中，假設每個設備平均一天報告兩次。不過，盡管如此，LPWAN標準的網關大多必須同時處理多達5 000個數據傳輸。

混合WLAN技術

自2016年開始，一種低能耗的WLAN標準WiFiHaLow（IEEE 802.11ah）開始出現。如同這里介紹的LPWAN標準，WiFiHaLow工作在1GHz（歐洲861MHz～868MHz）頻段，并使用與普通WLAN標準相比非常窄的通道（1MHz、2MHz），使其覆蓋范圍提高到約1km。不過，IEEE 802.11ah并不是LPWAN的直接競爭者，而是作為家庭網絡未來連接更多本地設備的一種補充。

結合LPWAN標準

目前，LPWAN技術的提供者往往各自為政，雖然也有網絡硬件可以支持多種LPWAN技術，但是這種硬件通常是比較昂貴的，與LPWAN應用的需求背道而馳。歐洲通信標準研究所（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute，簡稱ETSI）倡議統一標準，為現有LPWAN技術設置一個名為oneM2M的互操作層，除了讓LPWAN標準之間可以協作之外，oneM2M也提供一些額外的安全功能。