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光通訊
物聯網領域最具發展前景的通信技術

物聯網時代的物物相連將會使百億以上物體連入網絡,這對傳統上的兩種通信技術,即近距離無線接入和移動蜂窩網提出了更高的要求。事實上,目前,用于物聯網發展的通信技術正在全球范圍內開發,低功耗廣域網通信技術(LowPowerWideArea,簡稱LPWA)中最具發展前景的通信網絡技術有LoRa(超長距低功耗數據傳輸技術,LongRange)、Sigfox(超窄帶技術)、NB-IoT(基于蜂窩的窄帶物聯網,NarrowBandInternetofThings)。

根據市場研究公司Machina?Research調研顯示,2015年,全球物聯網連接數量約為60億個,根據這一速度,在2025年前,物聯網連網設備數量將達到270億個,以LPWA技術接入物聯網的設備將占據11%份額。

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

入網物體的行業屬性及對數據的要求成為物聯網開發商選擇不同連網解決方案的根據。例如,連接汽車需要較高的數據傳輸速度用于汽車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、長半徑、無需較高速數據傳輸能力的技術,因為電表每月數據傳輸量均不會超過100KB。目前,在物聯網領域中,LPWA低功耗廣域網通信技術幾乎是全球公認的用于“萬物互聯”的較好的技術方案。這一技術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(長距離廣域網或遠程廣域網LongRangewide-areanetworks)是物聯網領域最受到關注的技術之一。該項技術具有低功耗、低成本和遠距離傳輸特點,可以連接長時間運作,以電池供電工作可超過十年的設備。網絡鋪設所使用的頻譜資源無需許可。與傳統的移動網絡不同的是,LoRaWAN屬于混合網絡,私人和公共網絡均可使用。

思科、IBM、Sagecom、SemTech等眾多提供商公司成立的LoRa聯盟正在對LoRaWAN進行研發和標準化工作。LoRa聯盟的主要任務是在LoRaWAN標準基礎上為物聯網運營商提供硬件和軟件連接的解決方案。

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

2015年6月,LoRa聯盟發布了LoRaWAN1.0,根據聯盟數據心事,2016年第一季度,LoRaWAN網絡已經在13個國家啟動并在60個國家進行了測試。歐洲運營商Orange公司認為,LoRa要優于所有競爭對手,并將在法國部署1.5萬個基站對全法國進行覆蓋。俄羅斯Everynet公司正在不斷推動LoRaWAN的標準化,LoRaWAN標準的網絡已于2016年5月在俄羅斯喀山?Innopolis經濟特區開始測試運行。特區政府代表指出,該項測試技術將在未來對整個城市內部進行自動化,包括住宅電表數據、停車位數據、城市照明和道路安全信息的收集。預計在2016年,LoRaWAN網絡將覆蓋整個俄羅斯,甚至擴大至歐亞經濟聯盟國家(白俄羅斯、哈薩克斯坦、亞美尼亞、吉爾吉斯)。網絡提供商公司強調,這項技術的應用單是在照明領域就能節省30%的成本。SenLab羅斯公司在2016年1月宣布在莫斯科地區進行LoRaWAN網絡的測試,隨著基站的鋪設,該公司也在同時進行著對LoRaWAN網絡中的傳感器本地化的工作,用來減低終端設備成本。

Sigfox網絡的開發者是一家法國的同名公司,Sigfox公司成立于2009年,Sigfox網絡使用的是超窄帶技術(UltraNarrowBand,UNB),該技術可提供簡單、可靠和兼具成本效益的設備通信網絡,多用于少量信息數據的傳輸。Sigfox網絡在歐洲使用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網絡用于智慧城市、智能樓宇、資產追蹤、遠程監控、控制和計量電能等領域,可為企業創造新的服務和商業模式,創造更多的收入。連接到Sigfox網絡上的設備可以每周發送140條不超過12字節的信息,包括協議、設備功耗以及報警等。Sigfox網絡與LoRa均為網絡和電信運營商提供物聯網服務以及建設自己的LPWA網絡提供了強大的生態系統。

2016年1月,Sigfox公司宣布在南極部署物聯網,該公司將幫助比利時研究小組研究影響氣候變化的進程。學者們獲得了45個長期自動工作模式電池的應用Sigfox網絡的GPS追蹤器,可以用于向基站發射探險隊員坐標位置。2016年7月,Sigfox公司在整個拉丁美洲啟動Sigfox物聯網,并宣布將與墨西哥物聯網公司進行合作。計劃在2016年年底,將Sigfox物聯網信號覆蓋墨西哥首都,并在盡短的時間里在北美國家鋪設Sigfox網絡。截止到2016年8月,全球共計有21個國家(法國、西班牙、葡萄牙、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭以及拉丁美洲國家)鋪設了Sigfox網絡,接入Sigfox網絡的設備數量超過700萬個,Sigfox公司預計將于2016年底前將鋪設國家數量擴至30個。

由于當前M2M設備對數據傳輸速度要求不高,因此現有移動網絡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網絡和復雜的協議中過度能量消耗,從而導致M2M設備中電池的快速放電。現有蜂窩移動網絡應用于物聯網時還需要進行網絡升級。目前,經過升級后應用于物聯網的移動網絡包括EC-GSM(又稱EC-GPRS,EC-GSM-IoT)、eMTC(又稱LTE-M,LTECat.M1)和NB-IoT。這些技術的共同缺點是運行時需要許可的頻譜,數據傳輸自費對于對速度要求不高的設備來說相對昂貴,LTE標準下工作的設備價格較高。優點是可以使用現有移動運營商的基礎設施,支持漫游、多媒體實時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,可使這一制式下大部分已安裝的基站無需更換或升級硬件設備,其優勢在于移動基礎設施已經就緒,大部分情況下只需要更新在網絡節點上的軟件,同時,GSM網絡遍布全球,擁有最大的覆蓋面。

eMTC是適用于LTE網絡的物聯網技術,其數據傳入傳出的速度可達到1兆秒。eMTC在價格、覆蓋、自動運行期限以及與現有移動基礎設施兼容性等指標更適用于大眾物聯網的應用,eMTC網絡可在現有LTE網絡基礎上通過更新軟件的方式進行建設。

NB-IoT窄帶物聯網技術與LTE網絡擁有密切的協調性和兼容性。但支持這一技術需要建設新類型的接收器。NB-IoT可提供許多重要的優勢,包括支持超過10萬個聯接,設備電池壽命可長達10年,在GSM網絡中廣域覆蓋比現有的網絡增益20dB,通過相互驗證和增強的加密接口提高安全性,為運營商的物聯網應用提供穩定條件。

總體上,每種3GPP網絡都具有明顯的優勢,即移動生態系統具有全球性,IT基礎設施已經準備就緒,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。



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