物联网低功耗广域网络有哪些？

随着各类厂商不断发力低功耗广域网络（LPWA），物联网专用网络的话题在此引起业内的热议。物联网智库曾持续关注并推出多篇LPWA的文章，向业内介绍SigFox、LoRa、LTE-M等市场上已开始商业化的LPWA协议。作为一个新兴的、刚起步的技术和市场，LPWA网络协议应该是呈现多家争鸣的状态，那么，这一领域还有哪些技术，它们之间在多个指标上各有哪些特点？物联网智库本周为大家编译推出一篇LPWA协议的综述性文章，希望能对大家对这一领域的理解有所帮助。

通信协议无疑是物联网中争论最多的领域之一，这些争论中，有些是标准之争，有些是专利之争，其中无线通信是物联网领域普遍关注的话题。我们讨论过WiFi、蓝牙、Zigbee之争，但这些协议均为局域网络协议，广域网络方面当前功耗和成本的经济性越来越吸引物联网的应用者，被称为低功耗广域网络（Low Power Wide Area，LPWA）。

此前，我们曾看到SigFox属于此类技术，但随着研究的深入，我们发现其实还存在着不少类似的技术，当一项协议成为主流协议前，它一定是经过与其他协议的一番斗争之后才形成的。本文的目标是对它们进行比较，不过人们对此立即会产生一个问题：你如何去做比较？通过查阅和研究相关文献，我试图提炼一些通用线索来串起各种协议，并对每一协议的代表性企业进行访谈，形成了对LPWA协议的比较。

功耗和成本看似重要，实则无法纳入比较参数

功耗和成本是每一个协议宣称其所具备的特征，但是，还没有人成为这方面的赢家。

影响功耗的因素很多，有些可能无法计量，功耗是否可以进行比较其实并不明确。根据一位拥有多年LPWA实践经验的Telensa专家所述：“功耗唯一可计量的是电池寿命”。另一专家认为，LPWA网络协议虽然是低功耗的，但如果比较单位数据功耗的话，其功耗是大于2G网络的。低传输功耗意味着只有很低的数据速率，因此可能需要很长时间来传输，也就是说设备平均休眠状态时间就很短。因低传输功耗而形成的微弱数据需要更敏感的接收线路，因此接收端可能需要更多平均功耗。

哪些参数可以拿来进行比较？

距离

我们知道任何无线技术传输距离随着其信号传输方式不同而不同，这一规律自然适用于LPWA网络。在人口密集的城市环境中，围墙、建筑物、反射以及交通状况等，使得无线传输距离短于农村地区；而在平整的、无障碍的农村环境下，传输距离会大大增加。但我们仍不可忽视一些因素——无线电干扰等。

因此，距离是各协议代表厂商热议的话题，有些协议宣称可以达到数十公里距离，但其竞争对手可能会说在实际环境中其效果会大打折扣。距离作为比较标准实际上是一个比较谨慎的选择，但至少它是可计量的指标。

另外需要注意的是：你可能发现这些LPWA协议在市场宣传资料中会与诸如Zigbee之类的协议进行比较。你可能觉得Zigbee是一个局域组网协议，与LPWA比较有些奇怪，但实际上Zigbee通过Mesh组网也可以形成广域网络。

频谱

几乎所有LPWA协议均使用ISM频段，虽然有少量协议使用授权频谱。我们将给出每个协议的频段，有些使用的是超低频段，有些是低频段，还有些是采用宽频。

上行/下行对称性

这些LPWA协议均对数据的上下行采取非对称的方式，比较表格中简单给出了它们是否采用上下行对称方式。

数据速率

这是另一个易变的参数，它依赖于距离、障碍以及数据拥堵情况，所以仅仅给出一般性的范围。

最大节点数

最大节点有两种表述方式，一个是整个网络中的节点数，另一个是星形网络中每一Hub配置的节点数。

最大节点数受一些因素的影响，节点数有可能在协议中已设定，但即使一个协议的理论容量是百万，但其容量受制于ISM频段，这不仅仅是一个数字，而是依赖于在给定时间有多少其他协议也在使用该频段。

空中升级（OTA）的可能性

这可能是一个随机的参数，但这一参数反映网络有效的下行能力。如果网络仅提供几个比特的下行容量，那它是无法下载一个大的软件数据包来更新其远程节点的。

切换

我们很容易理解物联网edge nodes作为静态单位无线传输，但是很多设备——如汽车、农用机械等是移动的，还有一些本身可能不是移动的，但别人会不断移动它们——比如仓储中贴有电子标签的货物。因此，我们自然想知道一个协议是否可以实现设备在不同Hub之间的无缝切换。

运营模式

一些协议只是由网络运营商来掌握，并向工作提供网络服务，就像为电话提供蜂窝网络系统一样。而也有其他协议通过公有或私有网络提供。

标准状况

一些协议已制定了相应的标准，或者正在制定中，有些协议拥有者将其标准公开出来，而有些所有者申请专利保护。在一些情况下，你可以获取其细则，而有些情况下你需要获得认证。

现存的LPWA网络协议知多少

除了我们耳熟能详的LoRa、SigFox、LTE-M外，这一领域也是多家争鸣的状态，包括NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等，本文主要对这些适用于物联网的低功耗广域网络协议相关参数进行比较，下期将推出一篇文章，详细介绍每一通信协议的情况。