物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最具發(fā)展前景的通信技術(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的物物相連將會(huì )使百億以上物體連入網(wǎng)絡(luò )，這對傳統上的兩種通信技術(shù)，即近距離無(wú)線(xiàn)接入和移動(dòng)蜂窩網(wǎng)提出了更高的要求。事實(shí)上，目前，用于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的通信技術(shù)正在全球范圍內開(kāi)發(fā)，低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)(LowPowerWideArea，簡(jiǎn)稱(chēng)LPWA)中最具發(fā)展前景的通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)有LoRa(超長(cháng)距低功耗數據傳輸技術(shù)，LongRange)、Sigfox(超窄帶技術(shù))、NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)，NarrowBandInternetofThings)。

　　根據市場(chǎng)研究公司Machina?Research調研顯示，2015年，全球物聯(lián)網(wǎng)連接數量約為60億個(gè)，根據這一速度，在2025年前，物聯(lián)網(wǎng)連網(wǎng)設備數量將達到270億個(gè)，以L(fǎng)PWA技術(shù)接入物聯(lián)網(wǎng)的設備將占據11%份額。

　　EricssonMobility報告顯示，?2018年前，物聯(lián)網(wǎng)接入設備數量將超過(guò)手機數量，即在280億個(gè)入網(wǎng)設備中將有160億設備是物聯(lián)網(wǎng)設備，2015年至2021年，物聯(lián)網(wǎng)設備年均增速將達到23%。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，增速最快的將是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)(CellularInternetofThings)，接入設備的數量將從2015年的4億個(gè)達到2021年的15億個(gè)。

　　入網(wǎng)物體的行業(yè)屬性及對數據的要求成為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)商選擇不同連網(wǎng)解決方案的根據。例如，連接汽車(chē)需要較高的數據傳輸速度用于汽車(chē)與道路基礎設施之間的交互，而對于安裝在私人住宅里的電表則更適用低功耗、長(cháng)半徑、無(wú)需較高速數據傳輸能力的技術(shù)，因為電表每月數據傳輸量均不會(huì )超過(guò)100KB。目前，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，LPWA低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)幾乎是全球公認的用于“萬(wàn)物互聯(lián)”的較好的技術(shù)方案。這一技術(shù)可以確保大范圍的覆蓋能力、模塊化和較低的功耗，為M2M通信提供了較大的可能。

　　LoRaWAN(長(cháng)距離廣域網(wǎng)或遠程廣域網(wǎng)LongRangewide-areanetworks)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最受到關(guān)注的技術(shù)之一。該項技術(shù)具有低功耗、低成本和遠距離傳輸特點(diǎn)，可以連接長(cháng)時(shí)間運作，以電池供電工作可超過(guò)十年的設備。網(wǎng)絡(luò )鋪設所使用的頻譜資源無(wú)需許可。與傳統的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )不同的是，LoRaWAN屬于混合網(wǎng)絡(luò )，私人和公共網(wǎng)絡(luò )均可使用。

　　由思科、IBM、Sagecom、SemTech等眾多提供商公司成立的LoRa聯(lián)盟正在對LoRaWAN進(jìn)行研發(fā)和標準化工作。LoRa聯(lián)盟的主要任務(wù)是在LoRaWAN標準基礎上為物聯(lián)網(wǎng)運營(yíng)商提供硬件和軟件連接的解決方案。

　　LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )中，如果信號沒(méi)有障礙，一個(gè)基站可覆蓋100多公里，在有阻礙的情況下，根據地形和建筑密度，一個(gè)基站可覆蓋2到15公里。因此，如果要使LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )覆蓋整個(gè)荷蘭，只需要500個(gè)基站。設備間數據交互速度可達到300比特秒至100千比特秒，這一速度足以滿(mǎn)足獲取來(lái)自公共資源的數據，包括氣象等信息。

　　2015年6月，LoRa聯(lián)盟發(fā)布了LoRaWAN1.0，根據聯(lián)盟數據心事，2016年第一季度，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)在13個(gè)國家啟動(dòng)并在60個(gè)國家進(jìn)行了測試。歐洲運營(yíng)商O(píng)range公司認為，LoRa要優(yōu)于所有競爭對手，并將在法國部署1.5萬(wàn)個(gè)基站對全法國進(jìn)行覆蓋。俄羅斯Everynet公司正在不斷推動(dòng)LoRaWAN的標準化，LoRaWAN標準的網(wǎng)絡(luò )已于2016年5月在俄羅斯喀山?Innopolis經(jīng)濟特區開(kāi)始測試運行。特區政府代表指出，該項測試技術(shù)將在未來(lái)對整個(gè)城市內部進(jìn)行自動(dòng)化，包括住宅電表數據、停車(chē)位數據、城市照明和道路安全信息的收集。預計在2016年，LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )將覆蓋整個(gè)俄羅斯，甚至擴大至歐亞經(jīng)濟聯(lián)盟國家(白俄羅斯、哈薩克斯坦、亞美尼亞、吉爾吉斯)。網(wǎng)絡(luò )提供商公司強調，這項技術(shù)的應用單是在照明領(lǐng)域就能節省30%的成本。SenLab羅斯公司在2016年1月宣布在莫斯科地區進(jìn)行LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )的測試，隨著(zhù)基站的鋪設，該公司也在同時(shí)進(jìn)行著(zhù)對LoRaWAN網(wǎng)絡(luò )中的傳感器本地化的工作，用來(lái)減低終端設備成本。

　　Sigfox網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)發(fā)者是一家法國的同名公司，Sigfox公司成立于2009年，Sigfox網(wǎng)絡(luò )使用的是超窄帶技術(shù)(UltraNarrowBand，UNB)，該技術(shù)可提供簡(jiǎn)單、可靠和兼具成本效益的設備通信網(wǎng)絡(luò )，多用于少量信息數據的傳輸。Sigfox網(wǎng)絡(luò )在歐洲使用868兆赫頻段，在美國使用902兆赫，Sigfox也擁有非常廣闊的覆蓋面積，可達到50公里，功耗較低。

　　Sigfox網(wǎng)絡(luò )用于智慧城市、智能樓宇、資產(chǎn)追蹤、遠程監控、控制和計量電能等領(lǐng)域，可為企業(yè)創(chuàng )造新的服務(wù)和商業(yè)模式，創(chuàng )造更多的收入。連接到Sigfox網(wǎng)絡(luò )上的設備可以每周發(fā)送140條不超過(guò)12字節的信息，包括協(xié)議、設備功耗以及報警等。Sigfox網(wǎng)絡(luò )與LoRa均為網(wǎng)絡(luò )和電信運營(yíng)商提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)以及建設自己的LPWA網(wǎng)絡(luò )提供了強大的生態(tài)系統。

　　2016年1月，Sigfox公司宣布在南極部署物聯(lián)網(wǎng)，該公司將幫助比利時(shí)研究小組研究影響氣候變化的進(jìn)程。學(xué)者們獲得了45個(gè)長(cháng)期自動(dòng)工作模式電池的應用Sigfox網(wǎng)絡(luò )的GPS追蹤器，可以用于向基站發(fā)射探險隊員坐標位置。2016年7月，Sigfox公司在整個(gè)拉丁美洲啟動(dòng)Sigfox物聯(lián)網(wǎng)，并宣布將與墨西哥物聯(lián)網(wǎng)公司進(jìn)行合作。計劃在2016年年底，將Sigfox物聯(lián)網(wǎng)信號覆蓋墨西哥首都，并在盡短的時(shí)間里在北美國家鋪設Sigfox網(wǎng)絡(luò )。截止到2016年8月，全球共計有21個(gè)國家(法國、西班牙、葡萄牙、荷蘭、盧森堡、愛(ài)爾蘭以及拉丁美洲國家)鋪設了Sigfox網(wǎng)絡(luò )，接入Sigfox網(wǎng)絡(luò )的設備數量超過(guò)700萬(wàn)個(gè)，Sigfox公司預計將于2016年底前將鋪設國家數量擴至30個(gè)。

　　由于當前M2M設備對數據傳輸速度要求不高，因此現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )用于物物相連的成本還是比較昂貴的。傳感器和設備也因在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和復雜的協(xié)議中過(guò)度能量消耗，從而導致M2M設備中電池的快速放電?，F有蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )應用于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)還需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )升級。目前，經(jīng)過(guò)升級后應用于物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )包括EC-GSM(又稱(chēng)EC-GPRS,EC-GSM-IoT)、eMTC(又稱(chēng)LTE-M,LTECat.M1)和NB-IoT。這些技術(shù)的共同缺點(diǎn)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標準下工作的設備價(jià)格較高。優(yōu)點(diǎn)是可以使用現有移動(dòng)運營(yíng)商的基礎設施，支持漫游、多媒體實(shí)時(shí)設備的數據傳輸速度快。

　　EC-GSM是一項基于GSM/GPRS/EDGE基礎的技術(shù)，可使這一制式下大部分已安裝的基站無(wú)需更換或升級硬件設備，其優(yōu)勢在于移動(dòng)基礎設施已經(jīng)就緒，大部分情況下只需要更新在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上的軟件，同時(shí)，GSM網(wǎng)絡(luò )遍布全球，擁有最大的覆蓋面。

　　eMTC是適用于LTE網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其數據傳入傳出的速度可達到1兆秒。eMTC在價(jià)格、覆蓋、自動(dòng)運行期限以及與現有移動(dòng)基礎設施兼容性等指標更適用于大眾物聯(lián)網(wǎng)的應用，eMTC網(wǎng)絡(luò )可在現有LTE網(wǎng)絡(luò )基礎上通過(guò)更新軟件的方式進(jìn)行建設。

　　NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與LTE網(wǎng)絡(luò )擁有密切的協(xié)調性和兼容性。但支持這一技術(shù)需要建設新類(lèi)型的接收器。NB-IoT可提供許多重要的優(yōu)勢，包括支持超過(guò)10萬(wàn)個(gè)聯(lián)接，設備電池壽命可長(cháng)達10年，在GSM網(wǎng)絡(luò )中廣域覆蓋比現有的網(wǎng)絡(luò )增益20dB,通過(guò)相互驗證和增強的加密接口提高安全性，為運營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)應用提供穩定條件。

　　總體上，每種3GPP網(wǎng)絡(luò )都具有明顯的優(yōu)勢，即移動(dòng)生態(tài)系統具有全球性，IT基礎設施已經(jīng)準備就緒，許可頻譜的使用可降低了設備本身的成本等。但目前只有NB-IoT得到了規劃化，EC-GSM和eMTC仍然在等待標準化。