LPWA，物联网产业发展的新机遇

2015 IMT～2020(5G)峰会发布了《5G无线技术架构白皮书》和《5G的网络技术架构白皮书》，提出了2020年之后移动通信技术和产业将迈入第5代通信，使经济生活从移动互联网扩展到物联网领域，实现“万物互联”，并明确以连续广域覆盖、热点高容量、低时延、低功耗等为主要技术场景，满足2020年及未来的移动互联网和物联网发展需要。

物联网产业发展催生无线接入新技术的兴起

物联网时代将有数百亿物体接入网络中，传统的接入技术有近距离无线接入技术和移动蜂窝网技术两类，这两类技术都有其优势与不足。如WiFi、蓝牙、ZigBee等近距离无线接入技术在特定空间范围下拥有稳定性高、接入速度快等优势，但其覆盖能力有限，对回传网络依赖严重，又因为抗干扰能力不足以及机制设计等因素，使得终端功耗较大，无法长时间使用。而移动蜂窝网技术，虽然可以满足大范围或者移动性的应用需求，但其最大的问题是系统容量的限制，物联网应用的接入与公众用户的接入无法完全隔离，在容量上相互制约，后续难以独立应对物联网市场的迅猛发展，并且其是依托移动核心网进行终端节点的管理，对号码资源消耗量过大。同时，无论是2G、3G还是4G的物联网终端仍然存在模块成本高与电池使用寿命短的问题。

事实上，物与物的通信并不像人与人的通信一样总是要追求高速率带宽的方式，大量设备接入网络后仅需少量的数据传输或数据传输频率很低；也不像人与人的通信要频繁进行充电，很多设备因其所处环境的特殊性和数量巨大，对支撑其通信的功耗需求较低，例如大量的水表监测、烟雾报警、农田喷灌、水文监测等，对于这些传感装置的联网要求选择一个低带宽、低功耗且大范围覆盖的网络是其最有效的解决方案。从这个意义上来说，是“万物互联”的物联网产业发展催生了LPWA技术(Low Power Wide Area，低功耗广域技术)的兴起，使得在低功耗、低成本、广覆盖、大容量问题上有了较好的解决方案，LPWA技术势必会在物联网市场中获得更大的发展空间。

LPWA是一种能适配M2M的业务，具有流量小、连接数量大等特性的新型无线接入技术，可形成一张广覆盖、低速率、低功耗和低成本的无线接入网络。LPWA技术一般采取“利用低频段覆盖去提升覆盖的广度与深度、使用基于子信道的频率复用去提高单基站的容量、简化终端与网络交互过程实现终端能耗的节省和通过标准化与产业联盟形式的运作去控制成本”等手段实现四个关键能力。

LPWA四大关键能力

LPWA技术阵营众多，也为市场带来了新模式

现阶段LPWA技术阵营众多，可以将符合上述技术特征的新型接入技术统称为LPWA。在这些新型接入技术中，包括基于LTE空口优化的eMTC、复用2G移动蜂窝网络频段资源的CloT(Cellular loT，也包括GSM evolution、NB M2M和NB OFDMA)以及LoRa、Sigfox等。

LoRa——打造以产业联盟为核心的开放式生态系统

LoRa成员包括Semtech、Actility、思科、Eolane、IBM、Kerlink、IMST、MultiTech、Sagemcom和微芯，另外还有许多电信运营商如Bouygues、KPN、SingTel、Proximus、Swisscom以及FastNet。LoRa汇集众多业界大企业，形成了从芯片、软件、网关到运营商为一体的产业链联盟，其能以较低的风险实现较大范围的资源调配，使得企业优势互补、拓展发展空间、提高产业及行业竞争力、实现超常规发展。该联盟正在持续扩大规模当中。

LoRa产业联盟

Sigfox——以我为中心吸纳风险投资的合作运营

兴起于法国的Sigfox公司以超窄带(UNB，Ultra Narrow Band)技术建设物联网设备专用的无线网络。Sigfox的网络目前已覆盖法国、西班牙、荷兰和英国的10多个大城市。如果像传统运营商一样通过申请电信运营牌照、拍卖无线电频率、自建基站和计费系统等方式来运作，对于一家创业企业来说举步维艰，所以其选择与移动运营商和全球设备供应商合作，借助运营商已有的基础设施和频率资源，搭建超窄带蜂窝网络，实施名为SNO(Sigfox Network Operator)战略合作计划。2015年2月该公司获得法国历史上最大一笔总额高达1亿欧元的VC投资，这笔投资涉及西班牙、法国、日本、韩国等多家运营商，Sigfox与各国本地的合作伙伴共同投资网络、发展销售渠道以及建设本地化生态系统。在这种合作模式中，Sigfox通常分享收入的40%作为技术和网络设计回报，剩余60%归部署网络的合作伙伴所有。Sigfox正在实践着一条以小博大的路径——通过合作运营模式实现其成为全球部署的物联网运营商的最终目标。

Sigfox网络覆盖目标：连接全世界

3GPP——追求全球的标准化统一，积极推动产业链成熟

3GPP所研究的LPWA技术包括了基于LTE空口优化的eMTC与复用2G移动蜂窝网络频段资源的CloT(Cellular loT，也包括GSM evolution、NB M2M和NB OFDMA)，其技术设计都源自移动蜂窝系统的理念，会更多地去兼顾终端的移动能力与系统的管理能力，整个系统设计会更趋于完善，未来也会得到更多的厂商与运营商的青睐。但是，3GPP标准的正式发布需要到2016年，其产业链成熟至少还需两年以上的时间。

LPWA技术带来新的M2M物联网应用解决方案

LPWA技术能够广泛适用于多种M2M物联网应用，比如应用于农田智能灌溉的解决方案中，每年仅需数次喷灌，每次喷溉只需简单的几个字节指令即可完成，设备也无需时刻在线。若采用2G、3G、4G蜂窝网络连接，则带来高资费和高功耗。而采用LPWA技术既不需要每月支付移动蜂窝网络费用，又可以使设备仅靠电池供电就能维持10年。又比如宠物跟踪，若利用移动蜂窝网技术和GPS定位对终端的电量消耗大，为了提升续航能力，相应地电池产品的体积也将增大，那就不适合宠物携带。另外，若使用WiFi、蓝牙技术，虽然便宜、能耗低，但只能满足短距离连线要求，而基于LPWA技术的终端能够维持3公里以上的距离，并且能够根据不同基站间的距离来定位，其硬件体积非常轻巧不会给宠物造成负担。同时，在地下车库、电梯等移动蜂窝网络无法发挥作用的区域以及在核电厂、医院等不适合使用WiFi、蓝牙的区域，LPWA技术也为在这些场景下的物联网应用提出了一种新的应用解决方案。最新预测显示，到2023年LPWA的M2M物联网连接数会超过移动蜂窝网技术，将达到30亿个以上。

运营商：如何去迎接新技术所带来的机遇

通过LPWA技术的引入，可以解决通过传统的移动蜂窝网络运营物联网业务时存在的一些问题。

终端成本高，尤其面向低速率的物联网应用时，移动蜂窝网通信成本过高，缺乏市场竞争优势。

Sigfox声称其通信芯片和调制解调器的成本不到1美元，并且在功耗上，移动蜂窝网通信技术耗电量为5000微瓦，而Sigfox连接耗电量仅为100微瓦，相差50倍。在使用相同电池的前提下，一个可以待机数年，一个可能只有几个月，功耗劣势最终体现为成本劣势。同时，在运营成本上，基于LPWA技术的物联网成本构成部分显著少于传统蜂窝网。

系统单站容量有限，加之2G、3G网络建设与优化工作放缓，导致物联网应用的质量下降。

在利用移动蜂窝网承载物联网应用时，无法做到物联网专网与公众网络的相对隔离，彼此间的接入容量相互制约，单站的接入能力将严重阻碍运营商在物联网市场的发展。运营商在实施4G战略后，2G、3G网络建设与优化工作也有所放缓，并出现了网络质量下降的情况，后续应对物联网市场发展就更加困难。同时，现有物联网通信模块普遍依托移动核心网进行管理，对号码资源消耗过大。

要解决上述运营问题，运营商需尽快形成与现有移动蜂窝网络相隔离的LPWA专网，并利用自身的丰富资源来实现LPWA专网的全面覆盖，改变目前所有物联网应用对移动蜂窝网络的强依赖性。LPWA专网作为物联网应用的接入部分，相比复杂的移动蜂窝网，裁减了大量的无关功能，获得符合目标场景的性价比。

LPWA专网和移动蜂窝网运营结构对比

在运营LPWA专网过程中，电信运营商除了作为网络运营商提供基础网络设施外，还应该主动承担LPWA运营平台的建设与运营工作。LPWA运营平台可以合并鉴权计费系统的能力，实现对M2M物联网终端、无线基站、应用流量和应用数据的管理，屏蔽无线接入技术的差异。运营商能够提供海量物联网通信信息处理和存储所需的强有力的硬件和资金支持。未来LPWA专网运营能提供端到端的M2M物联网应用，LPWA运营平台是一个智能平台，为各行业客户提供端到端的应用服务。行业客户可以通过租用终端节点来实现其所在行业的信息化应用。同时，加载在M2M物联网终端上的应用数据流和管理数据流可以采用集中或者分离的管理模式，终端节点与无线基站能接受LPWA运营平台的远程管理，可实现终端节点与无线基站的远程配置、软件升级、版本管理、故障告警、远程控制等电信级服务。这种平台化的业务应用模式有助于资源与规模优势的最大化，并将电信网络能力、物联网能力、移动互联网能力进行汇聚，营造出一个开放式的物联网运营环境，运营商可以在一些应用领域通过与系统开发商和服务集成商的合作，共同提供解决方案，实现资源互补，从而奠定在物联网产业中的主导地位。