低功率广域网：启动地理物联网

尽管物联网（Internet of Things, IoT）在上世纪末就已经出现，但是其真正的潜力直到最近几年才被广泛展现，而不再仅限于急先锋们的个人兴趣。如今的物联网繁荣发展的原因在于更多低功率广域网（low-power wide-area networks, LPWAN）的出现，这就使得定位设备可以实现低功率的互联。本文介绍LPWAN的概念及其与地理信息的联系。

 

作者：Sabine de Millianno

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LPWAN的设计初衷是实现长距离低数据率的无线通信。这两个鲜明的特征打开了广泛的应用范围，特别是LPWAN具有的低功耗和低成本特性与传统的机器和机器之间使用SIM卡的通信截然相反。比如说，如果你无需每隔数月替换电池或花钱为传感器订购昂贵的移动数据，那么在河流、运河或其他水体中安装和维护大量的水质监测传感器将变得更为廉价。如果硬件能够得以高效设计，你就可以把传感器随便放到测区一放就是数年，另外单位传感器的网络代价也显著降低。别的技术还包括能量收割（设备通过多种方式收集碎片化的能量以填满自身的能量槽）有可能实现传感器和设备在其生命周期内完全自动化。

方案

LPWAN有很多种，技术和商业市场都还处于发展状态。为简便起见，本文将简要对比最著名的LPWAN：LoRaWAN, Sigfox, Narrow-Band IoT (NB-IOT)和LTE-M。这些LPWAN各不相同，体现在：通信的实现方式，个体能耗，带宽和波段类型，地理定位能力，本地安全类型，当前部署规模，是否使用开放标准或专有技术等。比如LoRaWAN就是一个宽频带系统，需要用到Semtech开发的特制芯片（并未使用开放标准），但是好几个网络供应商都可以提供这种芯片。法国的Sigfox是一种超窄频带网络，被认为是最近可以投入使用的最低功耗的网络之一，但是它的带宽非常有限，更加实现单向通信而非双向通信。尽管它使用了开放标准（任何人都可以开发一款设备并使用Sigfox），但是它仍旧需要你使用Sigfox网络。NB-IOT和LTE-M和LoRaWAN以及超窄频带网络的不同在于，他们使用了现存的蜂窝网络。比如，BN-IOT将部分4G带宽重新分配给PLWAN。换言之，该技术借助现有的蜂窝网络基站，因此无需新的网络基础设施。

竞争

表1给出了四种LPWAN网络的优缺点对比。问题就来了，LPWAN群雄征战，谁将最后胜出？Sigfox和LoRaWAN目前比NB-IOT和LTE-M更为成熟，因此具有先发优势。后两者也是强有力的竞争者（即使最后无法取胜的话），因为他们特别的商业模式和技术特点上的潜力。但是未来的角逐不仅仅是本文讨论的这四种物联网网络，还有其他举措准备建立基于小卫星的物联网网络，并提供全球互联网接口覆盖以及追踪服务等。而这些计划的实现仅仅是时间问题。

表1. 四种LPWAN的优缺点对比

	LoRaWAN	Sigfox	NB-LOT	LTE-M
能耗	低	非常低	非常低	低
数据传输量	低，取决于本地提供者	非常低，主要适用于单向通信	低	中
是否本地定位	是，网络到达时间差分	是，网络到达时间差分	可能从现存LTE定位中继承	可能从现存LTE定位中继承
时敏适用性	否	是	是	是
波段类型	无许可	无许可	许可	许可
可选网络	多网络	需使用Sigfox	蜂窝网络	蜂窝网络
可选硬件	需要Semtech芯片	没有限制	没有限制	没有限制
当前部署规模	面向全球，但主要在欧洲经营	部分欧洲国家	首次试验	发展中

定位

引起对地理信息人兴趣的是，通过LPWAN提供实现定位而不是GNSS。LoRaWAN和Sigfox能够实现通过网络自身的到达时间差实现中等精度的定位，然后将位置信息发送给设备。通过此种方式，设备无需额外的硬件设备或功耗就可以摇身一变，成为智能的定位终端。与此类似，BN-IOT和LTE-M能够继承LTE的定位技术从而提供本地定位。

位置是关键

新兴LoT应用市场的规模有望变得很大。LPWAN使得许多的应用具备地理要素。设备的数量增长既能够收集大量地理数据，也可以触发基于自身位置的特殊行为。在两种情形下，地理数据都扮演着重要角色，而这对于测绘地理信息行业进入地理物联网世界而言，无疑是带来了很多机会。