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LPWAN或稱(chēng)LPN，全稱(chēng)為L(cháng)owPower Wide Area Network或者LowPower Network，指的是一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。這種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )強調低功耗與遠距離，通常用于電池供電的傳感器節點(diǎn)組網(wǎng)。因為低功耗與低速率的特點(diǎn)，這種網(wǎng)絡(luò )與其他用于商業(yè)，個(gè)人數據共享的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(如WiFi，藍牙等)有著(zhù)鮮明的區別。
應用中，LPWAN可使用集中器組建為私有網(wǎng)絡(luò )，也可利用網(wǎng)關(guān)連到公有網(wǎng)絡(luò )上去。
LPWAN因為跟LoRaWAN名字類(lèi)似，再加上最近的LoRaWAN在IoT領(lǐng)域引起的熱潮，使得不少人對這兩個(gè)概念有所混淆。事實(shí)上LoRaWAN僅僅是LPWAN的一種，還有幾種類(lèi)似的技術(shù)在與LoRaWAN進(jìn)行競爭。
圖1 LPWAN與其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比
概括來(lái)講，LPWAN具有如下特點(diǎn)：
雙向通信，有應答
星形拓撲(一般情況下不使用中繼器，也不使用Mesh組網(wǎng)，以求簡(jiǎn)潔)
低數據速率
低成本
非常長(cháng)的電池使用時(shí)間
通信距離較遠
LPWAN適合的應用:
IoT，M2M
工業(yè)自動(dòng)化
低功耗應用
電池供電的傳感器
智慧城市，智慧農業(yè)，抄表，街燈控制等等
LoraWAN與Lora的關(guān)系
同樣是因為名字類(lèi)似，不少人將LoRaWAN與LoRa兩個(gè)概念混淆。事實(shí)上LoRaWAN指的是MAC層的組網(wǎng)協(xié)議。而LoRa只是一個(gè)物理層的協(xié)議。雖然現有的LoRaWAN組網(wǎng)基本上都使用LoRa作為物理層，但是LoRaWAN的協(xié)議也列出了在某些頻段也可以使用GFSK作為物理層。從網(wǎng)絡(luò )分層的角度來(lái)講，LoRaWAN可以使用任何物理層的協(xié)議，LoRa也可以作為其他組網(wǎng)技術(shù)的物理層。事實(shí)上有幾種與LoRaWAN競爭的技術(shù)在物理層也采用了LoRa。
圖2 LoraWAN網(wǎng)絡(luò )分層(圖中物理層使用Lora,但是要注意物理層與MAC層獨立,至于無(wú)線(xiàn)頻段,圖中使用的ISM頻段,但從技術(shù)角度來(lái)講也可使用其他任何頻段)
LoraWAN的主要競爭技術(shù)
市場(chǎng)上存在多個(gè)同樣使用LoRa作為物理層的LPWAN技術(shù)，例如深圳艾森智能(AISenz Inc.)的aiCast。aiCast支持單播、多播和組播，比LoRaWAN更加復雜完備。許多LoRaWAN下不可能的應用因此可以實(shí)現。
Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps)，也有一些較有前景的應用案例。
NB-IoT(Narrow Band-IoT)是電信業(yè)基于現有移動(dòng)通信技術(shù)的IoT網(wǎng)絡(luò )。其特點(diǎn)是使用現有的蜂窩通信硬件與頻段。不管是電信商還是硬件商，對這項技術(shù)熱情很高。
關(guān)鍵技術(shù)Lora簡(jiǎn)介
LoRaWAN的核心技術(shù)是LoRa。LoRa是一種Semtech的私有調制技術(shù)(2012收購CycleoSAS公司得來(lái))。為了便于不熟悉數字通信技術(shù)的讀者理解，先介紹兩個(gè)常見(jiàn)的調制技術(shù)FSK與OOK。選用這兩個(gè)調制方式是因為：
1.這兩個(gè)是最簡(jiǎn)單、最基礎、最常見(jiàn)的數字通信調制方式
2.在Semtech的SX127x芯片上與LoRa同時(shí)被支持，尤其是FSK經(jīng)常被用來(lái)與LoRa比較性能。
OOK
OOK全稱(chēng)為On-Off Keying。核心思想是用有載波表示一個(gè)二進(jìn)制值(一般是1，也可能反向表示0)，無(wú)載波表示另外一個(gè)二進(jìn)制值(正向是0，反向是1)。
圖3 OOK時(shí)域波形
在0與1切換時(shí)也會(huì )插入一個(gè)比較短的空的無(wú)載波間隔，可以為多徑延遲增加一點(diǎn)冗余以便接收端解調。OOK對于低功耗的無(wú)線(xiàn)應用很有優(yōu)勢，因為只用傳輸大約一半的載波，其余時(shí)間可以關(guān)掉載波以省功耗。缺點(diǎn)是抗噪音性能較差。
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