《LPWAN市場報告(第一版)》:概述

概述

低功耗廣域網(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)的是一種無線通信廣域網絡,用於物聯網中“物”間的低速率遠距離的通信,例如電池供電的傳感器。低功耗廣域網功耗低、數據速率低,而無線廣域網(wireless WAN)數據流量大、能源消耗大,兩者使用目的也不相同。一般地,LPWAN數據速率範圍從0.3kbit/s到50kbit/s。LPWAN可以創建私有無線傳感器網絡,自己建設網絡基礎設施,但也可能是由第三方提供服務或基礎設施,傳感器用戶無需投資網關技術就可以部署。

從以下幾個方面,瞭解一下LPWA技術:

  • 近距離和遠距離 - 傳統的物聯網技術,如Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee等都屬於近距離的無線技術,一般可以組成一個近距離的小無線局域網,連接設備和部署的規模有限。LPWA技術無線傳輸距離都比較遠,一般幾公里,甚者幾十公里範圍,連接設備的數量多,應用部署的規模大。無線遠距離的通信使得大規模低成本的設備組網應用成為可能。

  • 中心化和邊緣化 - LPWA技術多是通過傳感終端遠距離通信,並通過網關或基站連接到雲端或互聯網,提供數據服務。這是一種中心化的計算方式,LPWA傳感終端負責數據的採集與傳輸,數據都上傳集中到雲端處理。聚少成多,到雲端的小數據聚集起來就成了大數據,通過對數據的挖掘和分析,可以提供基於數據的決策。當越來越多的小數據都湧上雲端的時候,大量的低數據速率傳輸數據也會對帶寬和雲計算提出了一定的要求,是不是所有的數據都需要上傳到雲端?於是就有了邊緣計算,數據在本地進行採集、處理、存儲、計算等,然後再與中心或互聯網連接。

  • 廣域窄帶和廣域寬帶 - LPWA技術數據速率低、傳輸的數據量小、傳輸距離遠,屬於廣域窄帶。LPWA技術主要是面向物聯網的基於小數據的應用需求。有廣域窄帶就有廣域寬帶,如3G/4G等蜂窩技術,是基於語音、視頻、上網等需求,對傳輸速率和帶寬要求比較高。

  • 融合與獨立 - LPWA無線技術可以在前端獨立組網,組成一個小無線網絡。LPWA並非獨立於互聯網之外,其仍然需要通過網關或基站利用現有的互聯網入口接入雲端,互聯網的入口如3G、4G、NB-IoT、Wi-Fi、以太網等。LPWA應用中也融合了各種不同的技術,可以滿足不同的應用需求。

另外,Wi-Fi、BLE、Zigbee等無線技術多是小範圍的部署,網絡規模一般不大。而LPWAN規模化的網絡部署也使得物聯網的運營成為了現實的可能,可以組成一個區域網絡、或者城域網絡,乃至一個全國性網絡。

LPWAN 技術特點

LPWAN的主要技術特點概況如下:

  • 低功耗 - LPWAN多為電池供電,電池壽命時間長,可長達10年

  • 遠距離 - 覆蓋範圍廣,開放平坦的地方,5-40公里

  • 吞吐量 - 一般地,每秒鐘幾百個字節,或者更少

  • 低數據速率 - 佔用較小的帶寬,傳輸少量的數據,通信頻次低。一般幾百bps到幾十Kbps

  • 傳輸時延 - 時延不是LPWAN技術的基本要求,一般地,物聯網應用對數據的時延不敏感,數據傳輸的實時性不高

  • 低成本 - 由於規模化部署,需要低成本的連接成本,一般地LPWAN芯片成本小於2美金

  • 網關或基站 - 覆蓋範圍大,LPWAN網關或基站數量也少,一個網關或基站可以服務成千上萬的設備

  • 地域覆蓋 - 一般在偏遠和農村地區也有良好的覆蓋範圍。建築內和地面的信號穿透力強(如抄表)

  • 網絡拓撲結構 - 多以星型拓撲為主,也有輔助以MESH網絡

用下面幾張圖說明一下LPWA的特點:

根據無線帶寬和距離,不同的無線技術涵蓋不同的應用。低帶寬需求的遠距離應用典型地應用於物聯網和M2M場景。

《LPWAN市場報告(第一版)》:概述

與其他無線技術相比,IoT和M2M應用對LPWAN技術有一些特別的要求,下面是LPWA技術與其他無線技術的比較:

《LPWAN市場報告(第一版)》:概述

下圖按照距離將無線技術分組比較:

《LPWAN市場報告(第一版)》:概述

來自Keysight

LPWAN的主要應用

IHS將LPWAN應用分成了五類:智慧工業(Smart Industry)、智慧公共事業(Smart Utilities)、智慧城市(Smart Cities)、智慧建築(Smart Buildings)及其他應用(Other applications)。

  • 智慧工業 - 包括資產跟蹤、資產過程自動化、 離散自動化、 環境監測、 工業照明、 商業安全、 基礎設施監測、 水管理和其他各種應用等等。

  • 智慧公共事業 - 包括水電煤氣的智能化管理,這部分最主要是是智能計量。

  • 智慧城市 - 包括與市政資源和服務的管理相關的應用。如街道照明、垃圾管理、停車管理、環境監測、交通監測、應急管理和公共交通管理。

  • 智慧建築 - 智能建築涉及建築自動化,包括暖通空調(採暖、通風、空調)、能源管理、安全、照明和房間自動化等相關的應用。

目前在國內,LPWAN主要應用在水錶、氣表抄表上。這也符合LPWAN的應用特點,表計接入量大、數據量少、電池供電多年,適合做規模化網絡部署。隨著工業、城市、建築等應用需求的發展,也會帶來更大範圍的LPWAN應用。

(未完待續)


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