用于物联网的各种低功耗广域联网技术

比较不同的低功耗广域网技术



上面这张表格提供了目前针对物联网应用的低功耗广域无线网络领域中可用的或新出现的主要技术综览。覆盖的属性可以让开发人员快速了解某种技术是否适合他们的应用。不过浏览这张表格中的条目时需要多加注意。大多数条目不是看起来那么简单，在评估过程中需要多加留意。

频带——频带是指某种技术中使用的无线频率。大多数频率处于全球定义的免许可的ISM频带之内，并且在发射功率、信号带宽等方面满足当地法规。然而，Weightless-W和LTE有许可要求，选择它们的开发人员可能需要服务提供商参与。如上所述，频率会影响一种技术可能实现的穿透率。

信道宽度——这个属性反映的是一个应用可使用的网络容量部分，也代表了作为一个整体的网络的可扩展性。一些系统采用传统的频分或时分复用技术，端节点共享信道容量，但其它系统则使用跳频或正交调制机制来实现带宽共享。这是感兴趣的开发人员需要仔细检查的一个领域。

距离——对每种网络给出的距离在很大程度上是根据理想的或一般性条件进行估计的，应该和一些持怀疑态度的人进行商讨。不过在某些案例中，网络由于工作了很长时间，收集有足够的现场经验，因此可以提供可靠的经验估计。在另外一些情况下，需要长距离的开发人员则需要使用链路预算执行更加详细的分析，包括针对理想信噪比、天线增益、吸收、数据速率、衰落和多径预算等因素的估计值，从而确保满足他们的距离目标。LoRa联盟提供了一种方便的链路预算计算器。

端节点发射功率——这个值在很大程度上受限于有关免许可使用的ISM频段的法规。然而在估计一个端节点的总能耗时它很有用，可以与数据包长度和数据速率值结合在一起确定发射所花的时间，并估计必须以多大的频度进行发射。这些值有些是开放给用户定义的，有些则受用户无法控制的网络单元工作模式的影响。

数据包大小——一个端节点可以发送或者已经发送的数据量有多少对不同的方法来说有很大的区别。许多方法允许用户定义负荷的大小，但像SigFox这样的方法则有硬性限制。

上行链路/下行链路的数据速率——一个端节点发送数据的速度影响其它许多计算，包括像能量预算(通过发射所花时间)、可达到的距离(与数据速率、带宽、信噪比和误码率相关的香农定律)以及链路计算中的衰落预算。有些网络技术，比如LoRaWAN，采用了由网络服务器管理的自适应数据速率机制来优化系统容量。下行链路的数据速率决定了远程软件更新、握手和认证协议等的可行性。

每个接入点的设备数——一个给定接入点可以支持的端节点数量与许多因素有关。举例来说，IEEE 802.11ah在它能识别的唯一地址数量方面有限制。另一方面，像RPMA等机制可以支持跟信道容量允许的一样多的设备。从端节点发射的数据越长越频繁，接入点支持的设备数量就越少。这里提供的数值在很大程度上是根据这类因素的合理假设进行估计的，如果设计要求高节点数量，那就应该更加仔细地进行研究。

拓扑——大多数网络使用星形拓扑，其中的端节点与连线互联网的接入点进行通信。也有些网络使用树形结构，其中的接入点与另外一个设备进行通信，这个设备随后再连接互联网，用作许多接入点的汇聚器。Dash 7协议也允许节点到节点的通信。开发人员应该为他们研究的网络技术开发接入点的特性、功能和所有权。

端节点漫游——虽然所有网络都支持将一个端节点从一个接入点重新布置到另一个接入点，但网络可以适应这种变化的速度是不同的。一些网络提供蜂窝用户喜欢的真正漫游类型，方法是通过更高层的网络将移动端节点从一个接入点切换到另一个接入点。其它方案只是按计划的间隔更新它们的网络图，并在更新任何移动过的节点之前加以忽略。需要真正漫游的开发人员应该更加仔细地研究网络工作方式。

管理机构——许多低功耗广域网技术被业界组织开发或管理为开放标准。这意味着开发人员可以使用相关标准开发设备而无需支付许可费用或版税。然而，管理机构可能需要会员资格才能获得对标准或服务的访问，以认证设备与标准的兼容性。其它技术则是个别公司的财产，这些公司将其技术许可给客户，或将网络作为服务提供给客户。拿LoRaWAN来说，该协议由LoRa联盟进行管理，但物理层的调制方案由Semtech公司所有，只能通过许可获得，或通过从许可的制造商购买无线电设备获得。开发人员应该与管理机构一起核对细节。

状态——用于物联网的低功耗广域网的开发正在如火如荼地进行中，新的技术层出不穷。这张表格让我们知道了可用于指导开发的大量实际经验以及可用的大量第三方支持。已经得到应用的这些广域网技术更可能获得经验和支持。诸如IEEE 802.11ah和LTE Category M等一些标准仍在定义中，即使是列出来的属性也会发生变化。