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物聯網領域最具發展前景的通信技術
發布時(shí)間(jiān):2016.10.13     新(xīn)聞來(lái)源:     浏覽次數:

物聯網時(shí)代的物物相連将會使百億以上(shàng)物體(tǐ)連入網絡,這(zhè)對傳統上(shàng)的兩種通信技術,即近距離無線接入和移動蜂窩網提出了(le)更高的要求。事(shì)實上(shàng),目前,用于物聯網發展的通信技術正在全球範圍内開發,低(dī)功耗廣域網通信技術(LowPowerWideArea,簡稱LPWA)中最具發展前景的通信網絡技術有LoRa(超長距低(dī)功耗數據傳輸技術,LongRange)、Sigfox(超窄帶技術)、NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯網,NarrowBandInternetofThings)。

  根據市(shì)場(chǎng)研究公司Machina?Research調研顯示,2015年,全球物聯網連接數量約為(wèi)60億個(gè),根據這(zhè)一(yī)速度,在2025年前,物聯網連網設備數量将達到270億個(gè),以LPWA技術接入物聯網的設備将占據11%份額。

  EricssonMobility報(bào)告顯示,?2018年前,物聯網接入設備數量将超過手機數量,即在280億個(gè)入網設備中将有160億設備是物聯網設備,2015年至2021年,物聯網設備年均增速将達到23%。物聯網領域中,增速最快(kuài)的将是蜂窩物聯網(CellularInternetofThings),接入設備的數量将從2015年的4億個(gè)達到2021年的15億個(gè)。

  入網物體(tǐ)的行業屬性及對數據的要求成為(wèi)物聯網開發商(shāng)選擇不同連網解決方案的根據。例如(rú),連接汽車需要較高的數據傳輸速度用于汽車與道路(lù)基礎設施之間(jiān)的交互,而對于安裝在私人(rén)住宅裏的電表則更适用低(dī)功耗、長半徑、無需較高速數據傳輸能(néng)力的技術,因為(wèi)電表每月(yuè)(yuè)數據傳輸量均不會超過100KB。目前,在物聯網領域中,LPWA低(dī)功耗廣域網通信技術幾乎是全球公認的用于“萬物互聯”的較好(hǎo)(hǎo)的技術方案。這(zhè)一(yī)技術可以确保大範圍的覆蓋能(néng)力、模塊化(huà)和較低(dī)的功耗,為(wèi)M2M通信提供了(le)較大的可能(néng)。

  LoRaWAN(長距離廣域網或遠(yuǎn)程廣域網LongRangewide-areanetworks)是物聯網領域最受到關(guān)注的技術之一(yī)。該項技術具有低(dī)功耗、低(dī)成本和遠(yuǎn)距離傳輸特點,可以連接長時(shí)間(jiān)運作(zuò),以電池供電工作(zuò)可超過十年的設備。網絡鋪設所使用的頻譜資源無需許可。與傳統的移動網絡不同的是,LoRaWAN屬于混合網絡,私人(rén)和公共網絡均可使用。

  由思科、IBM、Sagecom、SemTech等衆多提供商(shāng)公司成立的LoRa聯盟正在對LoRaWAN進行研發和标準化(huà)工作(zuò)。LoRa聯盟的主要任務(wù)是在LoRaWAN标準基礎上(shàng)為(wèi)物聯網運營商(shāng)提供硬件和軟件連接的解決方案。

  LoRaWAN網絡中,如(rú)果信号沒有障礙,一(yī)個(gè)基站(zhàn)可覆蓋100多公裏,在有阻礙的情況下(xià),根據地形和建築密度,一(yī)個(gè)基站(zhàn)可覆蓋2到15公裏。因此,如(rú)果要使LoRaWAN網絡覆蓋整個(gè)荷蘭,隻需要500個(gè)基站(zhàn)。設備間(jiān)數據交互速度可達到300比特秒(miǎo)至100千比特秒(miǎo),這(zhè)一(yī)速度足以滿足獲取來(lái)自公共資源的數據,包括氣象等信息。

  2015年6月(yuè)(yuè),LoRa聯盟發布了(le)LoRaWAN1.0,根據聯盟數據心事(shì),2016年第一(yī)季度,LoRaWAN網絡已經在13個(gè)國家啓動并在60個(gè)國家進行了(le)測試。歐洲運營商(shāng)Orange公司認為(wèi),LoRa要優于所有競争對手,并将在法國部署1.5萬個(gè)基站(zhàn)對全法國進行覆蓋。俄羅斯Everynet公司正在不斷推動LoRaWAN的标準化(huà),LoRaWAN标準的網絡已于2016年5月(yuè)(yuè)在俄羅斯喀山?Innopolis經濟特區開始測試運行。特區政府代表指出,該項測試技術将在未來(lái)對整個(gè)城市(shì)内部進行自動化(huà),包括住宅電表數據、停車位數據、城市(shì)照明和道路(lù)安全信息的收集。預計在2016年,LoRaWAN網絡将覆蓋整個(gè)俄羅斯,甚至擴大至歐亞經濟聯盟國家(白俄羅斯、哈薩克斯坦、亞美尼亞、吉爾吉斯)。網絡提供商(shāng)公司強調,這(zhè)項技術的應用單是在照明領域就(jiù)能(néng)節省30%的成本。SenLab羅斯公司在2016年1月(yuè)(yuè)宣布在莫斯科地區進行LoRaWAN網絡的測試,随着基站(zhàn)的鋪設,該公司也(yě)在同時(shí)進行着對LoRaWAN網絡中的傳感器(qì)本地化(huà)的工作(zuò),用來(lái)減低(dī)終端設備成本。

  Sigfox網絡的開發者是一(yī)家法國的同名公司,Sigfox公司成立于2009年,Sigfox網絡使用的是超窄帶技術(UltraNarrowBand,UNB),該技術可提供簡單、可靠和兼具成本效益的設備通信網絡,多用于少量信息數據的傳輸。Sigfox網絡在歐洲使用868兆赫頻段,在美國使用902兆赫,Sigfox也(yě)擁有非常廣闊的覆蓋面積,可達到50公裏,功耗較低(dī)。

  Sigfox網絡用于智慧城市(shì)、智能(néng)樓宇、資産追蹤、遠(yuǎn)程監控、控制和計量電能(néng)等領域,可為(wèi)企業創造新(xīn)的服務(wù)和商(shāng)業模式,創造更多的收入。連接到Sigfox網絡上(shàng)的設備可以每周發送140條不超過12字節的信息,包括協議(yì)、設備功耗以及報(bào)警等。Sigfox網絡與LoRa均為(wèi)網絡和電信運營商(shāng)提供物聯網服務(wù)以及建設自己的LPWA網絡提供了(le)強大的生(shēng)态系統。

  2016年1月(yuè)(yuè),Sigfox公司宣布在南(nán)極部署物聯網,該公司将幫助比利時(shí)研究小組研究影響氣候變化(huà)的進程。學者們獲得了(le)45個(gè)長期自動工作(zuò)模式電池的應用Sigfox網絡的GPS追蹤器(qì),可以用于向基站(zhàn)發射探險隊員(yuán)坐标位置。2016年7月(yuè)(yuè),Sigfox公司在整個(gè)拉丁美洲啓動Sigfox物聯網,并宣布将與墨西(xī)哥物聯網公司進行合作(zuò)。計劃在2016年年底,将Sigfox物聯網信号覆蓋墨西(xī)哥首都,并在盡短的時(shí)間(jiān)裏在北美國家鋪設Sigfox網絡。截止到2016年8月(yuè)(yuè),全球共計有21個(gè)國家(法國、西(xī)班牙、葡萄牙、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭以及拉丁美洲國家)鋪設了(le)Sigfox網絡,接入Sigfox網絡的設備數量超過700萬個(gè),Sigfox公司預計将于2016年底前将鋪設國家數量擴至30個(gè)。

  由于當前M2M設備對數據傳輸速度要求不高,因此現(xiàn)有移動網絡用于物物相連的成本還是比較昂貴的。傳感器(qì)和設備也(yě)因在移動網絡和複雜的協議(yì)中過度能(néng)量消耗,從而導緻M2M設備中電池的快(kuài)速放(fàng)電。現(xiàn)有蜂窩移動網絡應用于物聯網時(shí)還需要進行網絡升級。目前,經過升級後應用于物聯網的移動網絡包括EC-GSM(又稱EC-GPRS,EC-GSM-IoT)、eMTC(又稱LTE-M,LTECat.M1)和NB-IoT。這(zhè)些(xiē)技術的共同缺點是運行時(shí)需要許可的頻譜,數據傳輸自費對于對速度要求不高的設備來(lái)說(shuō)相對昂貴,LTE标準下(xià)工作(zuò)的設備價格較高。優點是可以使用現(xiàn)有移動運營商(shāng)的基礎設施,支持漫遊、多媒體(tǐ)實時(shí)設備的數據傳輸速度快(kuài)。

  EC-GSM是一(yī)項基于GSM/GPRS/EDGE基礎的技術,可使這(zhè)一(yī)制式下(xià)大部分(fēn)已安裝的基站(zhàn)無需更換或升級硬件設備,其優勢在于移動基礎設施已經就(jiù)緒,大部分(fēn)情況下(xià)隻需要更新(xīn)在網絡節點上(shàng)的軟件,同時(shí),GSM網絡遍布全球,擁有最大的覆蓋面。

  eMTC是适用于LTE網絡的物聯網技術,其數據傳入傳出的速度可達到1兆秒(miǎo)。eMTC在價格、覆蓋、自動運行期限以及與現(xiàn)有移動基礎設施兼容性等指标更适用于大衆物聯網的應用,eMTC網絡可在現(xiàn)有LTE網絡基礎上(shàng)通過更新(xīn)軟件的方式進行建設。

  NB-IoT窄帶物聯網技術與LTE網絡擁有密切的協調性和兼容性。但(dàn)支持這(zhè)一(yī)技術需要建設新(xīn)類型的接收器(qì)。NB-IoT可提供許多重要的優勢,包括支持超過10萬個(gè)聯接,設備電池壽命可長達10年,在GSM網絡中廣域覆蓋比現(xiàn)有的網絡增益20dB,通過相互驗證和增強的加密接口提高安全性,為(wèi)運營商(shāng)的物聯網應用提供穩定條件。

  總體(tǐ)上(shàng),每種3GPP網絡都具有明顯的優勢,即移動生(shēng)态系統具有全球性,IT基礎設施已經準備就(jiù)緒,許可頻譜的使用可降低(dī)了(le)設備本身(shēn)的成本等。但(dàn)目前隻有NB-IoT得到了(le)規劃化(huà),EC-GSM和eMTC仍然在等待标準化(huà)。

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