如何定義 LPWAN 技術?
LPWAN 就是其中之一無線電信 開發的 WAN 允許以較低的位元百分比進行遠端通訊。大多數LPWAN技術能夠實現幾公里甚至幾十公里的網路覆蓋. 由於其網路覆蓋範圍廣、終端功耗低, 更適合大規模部署 物聯網應用.
與傳統物聯網技術相比, LPWAN技術具有獨特優勢. 與藍牙等其他無線連接技術相比，LPWAN 技術具有更長的距離, 無線上網, 紫蜂 和 802.15.4. 更重要的是, 與蜂窩技術相比，它具有更低的功耗連接(例如GPRS, 3G和4G).
LPWAN的運作原理
威茲技術, 源自歐洲標準 EN-13757 無線 M-bus, 指的是 LPWAN網路技術. 由 Wize 聯盟定義, Wize技術是指一種物聯網標準, 主要針對無線抄表等應用, 智慧城市和工業物聯網.
Wize 營運於 169 MHz頻段, 在歐洲作為免許可頻段. 由於它採用低頻段、長波長，對建築物和障礙物的穿透能力強, 其路徑損耗大大降低, 傳輸距離更遠可達二十公里. Wize 協定是雙向協議，允許傳輸和接收最多 246 位元組並允許遠端對連網設備進行韌體更新. 由於Wize的短訊息傳輸, 相關設備只需開啟幾分鐘. 且電池壽命可持續長達 20 年. 更重要的是, Wize擁有端對端加密的特性, 確保最高等級的安全.
LPWAN 包含哪些無線技術? (四種無線技術)
Wize的主要技術特點:
- 頻段範圍為 169.4 MH 至 169.475 兆赫茲, 整個頻寬為 75 千赫.
- 無線電頻譜分為 6 頻道 (五個上行鏈路, 一個下行鏈路), 12.5 每聲道 kHz.
- 生物定向通訊 256 上行位元組以及 256 下行位元組數.
- 可擴展的調試和解調功能, 定義無線電的軟體 (GFSK 和 4GFSK).
- 通訊時間, 服務週期百分之十, 每小時六分鐘.
- 通訊速率範圍2400bps至6400bps.
- 通訊距離可達50km或室外, 室內可達十公里或更遠, 室內2.5公里至其他範圍的深度覆蓋.
- 安全加密, AES128.
- 日常通訊能力較低 (五到十次), 極低的功耗, 小型鋰電池可為遠端抄表設備供電十五至二十年.
- 協定機制允許透過廣播無線電來安排和執行設備韌體更新.
LoRa技術屬於LPWAN嗎?
洛拉, 它仍然是 LPWAN 網路通訊技術之一, 是指Semtech的RF部分是基於擴頻技術產生的一種獨特的調製格式，用於ULR無線傳輸, 由 Semtech 使用和增強.
LoRa射頻部分的核心晶片包括SX1276以及SX1278. 晶片整合度小、效率高，為LoRa無線模組帶來高接收靈敏度.
網關晶片配備SX1301, 集成度更高，通道更多, LoRa網關結合SX1301為關鍵，能夠透過大量LoRa模組創建複雜的多節點物聯網自組織網絡.
NB-IoT技術屬於LPWAN嗎?
窄頻物聯網技術 充當 LPWA (低功耗廣域網) 解決方案具有以下優點:
海量連接: 在同一個化合物中, NB-IoT可提供比現有無線技術多50~100倍的接入, 這是由 100,000 連接.
超低功耗: NB-IoT設備耗電量低，可確保五年以上的電池壽命.
深度覆蓋: NB-IoT 比 LTE 提高了 20dB 增益，並提高了覆蓋能力 100 次, 實現傳統無線訊號難以到達的環境的深度覆蓋.
安全可靠: 支援空口雙向認證和嚴格加密，實現電信級可靠接入.
LTE-M技術屬於LPWAN嗎?
LTE-M, 這意味著長期演進機器類型通訊類別 M1, 或 LTE MTC Cat M1 以及 LTE-M, 是3GPP在Release中公佈的LPWAN技術標準 13 規範的. LTE-M 是一種 LPWAN 技術，透過降低設備複雜性並提供擴展的覆蓋範圍來為物聯網提供支持，同時實現 LTE 安裝基礎設施的重複利用. 電池壽命長達十年以上，數據機價格降至 20 到 25% 現有 EGPRS 數據機.
Sigfox技術屬於LPWAN嗎?
西格福克斯 是超窄帶 (北卡羅來納大學) 科技. 跳頻的特點, 幀重複和多基地台連接使其具有很強的抗干擾能力。 Sigfox 使用無線電存取方案，允許在任何工業中進行通訊, 科學的, 和醫療 (主義) 無線電頻段. 例如, 歐洲地區利用廣泛 192 kHz 頻譜 868 MHz 用於部署並確保 100 Hz 上行鏈路通訊頻道頻寬. 實現極低功耗, 與設備的通訊只能在短時間內進行，例如設備發送訊息後開啟接收器時.
WIFI技術屬於LPWAN嗎?
無線上網, 也稱為無線保真度, 是一種無線保真技術. 它是一種能夠使PC和手持設備等終端 (例如, PDA 和手機) 以無線方式相互連接.
Wi-Fi 是指由 Wi-Fi 管理的無線網路通訊技術的品牌 無線上網 聯盟旨在增強基於 IEEE 的無線網路專案之間的互連性 802.11 標準.
在無線區域網路的背景下, 它代表“無線相容性認證”, 這至關重要的是商業認證和無線網路技術.
優勢 & LPWAN的缺點 科技
LPWAN 技術的一些主要優勢:
長距離, 覆蓋範圍廣達數十公里.
更低的功耗, 電池壽命可達十年.
數據速率低, 頻寬消耗小, 數據容量低、通訊頻率低
傳輸延遲不敏感, 且對資料傳輸的即時性要求不高
低成本, 由於大規模需求，部署成本低
網關或基地台, 覆蓋面積大, 網路基礎建設所需數量少
由於大多數技術都工作在 Sub-GHz 頻段, 網路訊號穿透力強
LPWAN 的挑戰
傳統廣域網路架構過於封閉，難以實現多雲互聯.
在接下來的幾年裡, 雲化是發展趨勢. 大部分企業將業務部署到雲端. 為了訪問雲端應用程式, 企業廣域網路必須與公有雲互聯, 私有雲和SaaS雲, 傳統封閉的廣域網路架構難以滿足多雲互聯需求. 而且, 企業業務向雲端遷移，必然使企業廣域網路承載越來越多的與雲端相關的應用流量, 傳統的WAN網路難以支撐WAN流量的激增.
群組網路越來越靈活，多樣化互聯難以實現
全球化使得企業分公司分佈越來越廣泛, 且不同的分支機構對網路的要求不同. 例如, 有些需要多層網絡, 有些需要扁平網絡, 有些需要具有多個上行鏈路的分支站點網絡(多於 5), 有些需要有多個 HUB 的網絡 (多於 4). 面對如此複雜的網絡, 傳統廣域網路網路難以實現靈活組網，滿足企業多元化互聯需求.
應用數量劇增，應用體驗難以保障
在雲端和數位化時代, 大量與雲端運算緊密結合的新興企業業務蓬勃發展, 企業應用程式的數量和類型爆炸性地成長, 比如聲音, 影片, 文件傳輸, 電子郵件, 和 SaaS 應用程式, ETC. 不同的應用對鏈路品質有不同的要求. 傳統企業專線無法差異化服務. 更重要的是, 新增的Internet網路無法保證服務品質. 所以, 當突然出現交通擁堵或鏈路品質惡化時, 關鍵業務體驗無法保障.
網路運維難度高，手動完成設定容易產生錯誤
傳統模式下, 業務開通需要網路工程師到現場手動配置. 網路運維、故障定位也需要一定人員現場操作. 所以, 業務開通及網路維運效率低、成本高. 在數位化和全球化的浪潮中, 企業WAN網路分支分佈更加廣泛, 數量更多, 而承載的服務也比較複雜, 且維運難度較大. 傳統的手動配置和維運方式已經難以滿足業務快速發展的需求.
LPWAN 的用途是什麼?
LPWAN技術可應用於各產業, 例如智慧產業, 智慧公用事業, 智慧城市, 智慧建築, ETC.
智能工業－包括資產追蹤, 資產流程自動化, 離散自動化, 環境監測, 工業照明, 商業安全, 基礎設施監控, 水管理和各種其他應用, 和更多.
智慧公用事業—包括水的智慧管理, 電力和天然氣, 最重要的部分是智慧計量.
智慧城市 – 包括與市政資源和服務管理相關的應用程序. 案例涵蓋路燈, 廢棄物控制, 停車場管理, 環境偵測, 交通監控, 緊急管理和公共交通控制.
智慧建築 – 智慧建築涉及樓宇自動化, 包括與高壓或交流相關的應用 (加熱, 通風, 空調), 能量控制, 安全, 燈光, 和房間自動化.
現在, LPWAN應用主要是電池供電的應用. 由於其通訊頻率低、數據量小, 電池一般可以工作幾年甚至十年. 更重要的是, 它可以透過包括太陽能在內的能量收集來供電. LPWAN技術為物聯網規模應用部署提供了新選擇, 這必將為物聯網應用帶來巨大進步.
LPWAN 技術解決方案
產品變革－從產品角度, LPWAN相關產品不再是單一產品而是系統產品. 它包括感測終端, 閘道 (或基地台), 網路伺服器, 和應用服務軟體.
服務的改變－產品的改變擴大了服務的範圍和形式.
營運商的變化——基於蜂窩和非蜂窩的 LPWAN 技術已經出現. 蜂窩技術, 例如 NB-IoT 和 LTE-M, 不再以營運商流量費來定義窄頻物聯網, 而是根據連接數. 例如, 電信推出的NB-loT資費套餐是基於“連接數”, 使用封裝模型, 它指定包內一定數量的連接, 並對套餐之外的連線數單獨收費. 開放標準的LoRa非蜂窩技術讓多家公司獲得了更大的開發自由度，基於LoRa網路服務的營運商也隨之出現.
資料的價值－LPWAN技術實現大規模物聯網, 並將資料傳輸至雲端伺服器, 基於數據分析和管理，為政府和企業帶來新的管理方法.
LPWAN 的用途是什麼?
NB-IoT在畜牧業的應用
畜牧業主要分為圈養業和畜牧業, 中國北部和西部邊疆是主要牧區.
畜牧業的好處包括高品質的牲畜肉和較低的飼料成本, 但對牲畜管理帶來諸多不便.
人工放牧仍是最原始、最直接的. 然而, 有幾個缺點:
- 1. 人工放牧需要一個人放牧, 這是浪費人力
- 2. 人工放牧有安全隱患, 並且有被野生動物傷害的風險
- 3. 人工放養無法系統化管理
這個問題可以透過使用GPS加GPRS來解決 牲畜定位系統. 然而, 牛羊群個體規模巨大, GPRS通訊基地台容量不足, 且電池壽命會出現問題. 而且, 農場相對偏遠, 而且訊號覆蓋強度會有問題.
這 NB-IoT的應用 遠端抄表
水錶、瓦斯表與我們的日常生活息息相關，應用在每個家庭.
最原始的做法就是在家手動抄表統計. 隨著社會的快速發展, 人工抄表帶來了多種弊端.
- 1. 效率低
- 2. 人工成本高
- 3. 容易出錯的數據記錄
- 4. 屋主對陌生人有戒心，不敢進門
- 5. 維護和管理困難, ETC.
GPRS遠端抄表應運而生. 可以應付很多人工抄表的問題, 並且更加發達, 比人工抄表技術有效率、安全.
這 NB-IoT在井蓋監測的應用
城市建設快速推進，市政公共基礎設施地下工程不斷增多，井蓋的增加不可避免.
井蓋發揮重要作用. 例如, 如果我們不能及時獲取井蓋狀態信息, 可能會造成人民生命財產的巨大損失.
現在, 大部分城市監控檢查均採用人工檢查. 然而, 因為井蓋數量龐大, 且人工巡檢效率低下, 往往無法及時、準確地取得井蓋的狀態資訊, 從而引發各種安全隱患.
隨著 智慧家庭 過去幾年的行業, 智慧鎖在日常生活中的使用率也在提升.
現在, 智慧鎖採用非機械鑰匙作為用戶識別ID的技術.
主流技術是感應卡, 指紋辨識, 密碼識別, 臉部辨識等, 大大增強了存取監控的安全性.
但上述安全的前提是通電狀態. 如果智慧鎖處於斷電情況, 那麼智慧鎖幾乎無法使用.
為了增強安全性, 智慧鎖需要內建電池來收集基本數據, 如果採集到異常數據，則將數據傳輸至伺服器, 它會自動向使用者發出警告.
由於智慧鎖安裝後拆卸困難, 智慧鎖的電池壽命要求足夠長.
由於門口位置在一棟封閉的建築物內, 那麼就需要更強的訊號覆蓋來確保網路資料的即時傳輸.
智慧家庭終端數量龐大，需確保足夠的連線量.
最關鍵的是，加上以上特質之後, 也能確保設備的成本控制在適當的範圍內.
低功耗廣域網路的歷史
歐洲無線電訊息系統指由歐洲電信標準協會於2007年發明的歐洲通用無線電尋呼標準。 1990, 其中利用了 169 MHz 射頻頻段. 歐洲郵政及電信當局及電子通訊委員會會議 (ECC) 做出了將頻率分配到其他新場景（涵蓋遠端抄表器）的決定 2005. ISM的無線電頻譜 169 歐洲 MHz 可免費使用, 可用作短距離設備的免費許可頻段.
- 在 2005, WM-Bus協議推出 (也稱為 EN13757-4 和 433 兆赫和 868 兆赫茲).
- 蘇伊士在此基礎上發明了用於智慧水錶的 AMI 基礎設施 169 MHz頻率並開始在歐洲部署.
- 在 2008, 蘇伊士推出第一個用於遠端水計量的無線模組 169 兆赫茲.
- 在 2012, GRDF 做出了選擇 169 MHz頻段方案並取得顯著成果.
- 在 2013, AFNOR 第一版 (法國標準化協會) 推出氣體應用指南.
- 從2014年到 2015, 基於SDR的高效能169MHz多通道數據機 (軟體無線電).
- 電信級基礎設施, 水錶和瓦斯表
- 在 2017, Wize聯盟推出Wize協議 1.0.
- AFNOR水錶和瓦斯表應用指南推出.
- Wize聯盟連結成立 – CEN TC294
- 在 2018, EN13757/2018推出.
- 在 2019, Wize聯盟推出Wize協議 1.1.
- Wize 的瓦斯表和水錶主要部署在歐洲, 至今約有千萬.
