用于所有设备的智能网络

将来城市中几乎所有的设备都将联网，然而，现有的无线网络标准并不足以满足类似的应用需求，那么新的无线网络技术LPWAN将改变这一现状。

将来所有的设备都将联网，除了电脑、智能手机、平板电脑和各种消费电子产品，网络将蔓延至整个城市。据估计，2025年约有300亿的设备将接入网络，但是像WLAN或LTE这些现有的网络技术将无法满足这一应用需求，为此，我们需要有新的无线网络技术，以满足这些设备的网络应用。哪些设备将需要新的无线网络技术呢？目前，科技巨头、企业和初创企业正在规划用于满足人与物、物与物连接的物联网（Internet of Things，简称IOT），智能家居、工业数据采集等应用的一般是短距离的通信技术，而所有需要远距离通信技术的设备，例如公园长椅、垃圾桶、停车场、路灯、自行车，它们都将需要使用新的无线网络技术。所谓低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，简称LPWAN）就是为此应运而生的远距离无线通信技术，包含各种开放和专有的解决方案。下面，CHIP将为大家介绍这个无线标准。

超过10年的电池寿命

用于解决LPWAN无线通信技术的硬件与普通的网络硬件有比较大的区别，它们主要作为传感器使用，必须有较低的制造和维护成本，并且电池需要能够维持10年甚至更长的时间。在本文的表格中，列举了目前LPWAN标准计划中的应用方案。它们的结构基本类似，设备与周围的基站联网，传感器通过网关连接，网关收集数据并转发给后台的服务器。而这些服务器，同时也作为用户的接入点。

如果我们正尝试寻找一个停车位，那么应用程序将反过来通过Web服务访问停车传感器送到网关的信息。在这种情况下，传感器将只使用窄波段（100Hz）和具有良好传播特性的频率。它们大多工作在1GHz以下未经授权的区域，这可以避免监管部门的问题，但也有一个重要的缺点：有很多电台都使用这些区域，所以会导致不少干扰。不过，尽管许多新的无线标准都要求必须有一个稳定的误码率，但是对于物联网来说这种情况很常见。然而，也有其他的方法，例如通过一个特殊版本的LTE（LTE-M），这种基于LTE演进的物联网技术具有全双向交换数据的优点。另一种与LTE-M竞争的SigFox协议则能够支持双向发送方式，但该技术使用一个极低的带宽，上传的信道极窄，因此，传感器的更新可能会因此变得非常频繁。

如果需要将所有的城市连接起来，那么不仅需要考虑传感器的成本，还需要考虑基站的数量问题。而在距离达到10km的情况下，LPWAN标准显然比传统的移动通信更有优势。例如，SigFox大约只用1 500个基站即可覆盖美国加利福尼亚州，而移动通信运营商则需要20 000个发射塔才可以覆盖这样的一个地区。按照LPWAN标准，一个网关可以支持很多设备。LTE-M可以支持20 000个甚至有可能是50 000个所谓节点的网络访问，而NB-Fi无线技术准备通过一个网关支持超过100万的设备。不过，这里所谓的支持，并不是支持这些设备同时发送数据。按照LPWAN的设计，在一个典型的城市网络中，假设每个设备平均一天报告两次。不过，尽管如此，LPWAN标准的网关大多必须同时处理多达5 000个数据传输。

混合WLAN技术

自2016年开始，一种低能耗的WLAN标准WiFiHaLow（IEEE 802.11ah）开始出现。如同这里介绍的LPWAN标准，WiFiHaLow工作在1GHz（欧洲861MHz～868MHz）频段，并使用与普通WLAN标准相比非常窄的通道（1MHz、2MHz），使其覆盖范围提高到约1km。不过，IEEE 802.11ah并不是LPWAN的直接竞争者，而是作为家庭网络未来连接更多本地设备的一种补充。

结合LPWAN标准

目前，LPWAN技术的提供者往往各自为政，虽然也有网络硬件可以支持多种LPWAN技术，但是这种硬件通常是比较昂贵的，与LPWAN应用的需求背道而驰。欧洲通信标准研究所（EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute，简称ETSI）倡议统一标准，为现有LPWAN技术设置一个名为oneM2M的互操作层，除了让LPWAN标准之间可以协作之外，oneM2M也提供一些额外的安全功能。