低功耗广域网标准、优势与实际应用解析

物联网(IoT)作为现代信息技术的核心之一，正在迅速改变着我们的工作和生活方式。它通过将各种物品和设备连接到互联网，实现了数据的实时传输和处理，从而让我们的生活更加智能、便捷。然而，物联网的发展也面临着一系列挑战，如如何高效地收集、传输和使用海量数据，以及如何降低成本、提高效率等。
为了解决这些挑战，低功耗广域网（LPWAN）技术应运而生。LPWAN是一种新型的无线网络技术，它专门为需要低功耗、长距离传输的场景设计。与传统的蜂窝网络、Wi-Fi等无线技术相比，LPWAN具有成本低、功耗低、覆盖范围广等优点，使其成为物联网的理想选择。
LPWAN的这些优势使其在多个领域得到广泛应用。在智能城市领域，LPWAN技术可以用于实现智能交通、智能照明、环境监测等功能，从而提高城市的管理效率和居民的生活质量。在工业领域，LPWAN可以用于实现设备监控、生产过程优化等，从而提高生产效率和降低成本。在农业领域，LPWAN可以用于实现精准农业，如土壤湿度监测、作物生长状态监测等，从而提高农作物的产量和品质。
除了应用场景的多样性，LPWAN技术还具有以下几个特点：
1. 低功耗：LPWAN技术采用低功耗设计，可以使设备在电池供电的情况下运行数年，从而降低了设备的维护成本和更换频率。
2. 长距离传输：LPWAN技术可以实现长距离传输，覆盖范围可达数十公里，从而可以满足大规模部署的需求。
3. 高可靠性：LPWAN技术采用多种技术手段，如多路径路由、冗余备份等，从而提高了网络的可靠性。
4. 低成本：LPWAN技术的设备成本和运营成本相对较低，使其可以广泛应用于各种场景。
然而，LPWAN技术也面临着一些挑战，如如何提高网络的安全性和隐私保护能力，如何实现与其他无线技术的兼容等。为了克服这些挑战，LPWAN技术的研发和应用需要不断创新和完善。
总的来说，LPWAN技术作为物联网的重要支撑技术，具有广阔的应用前景。随着技术的不断发展和完善，LPWAN技术将为我们的生活带来更多的便利和可能。

物联网 （IoT） 可能比我们一生中的任何其他技术发展都代表着更多的创新和变化。通过为世界配备低成本传感器，消费者、企业、城市和整个国家都有机会通过提供真实数据来改变结果、市场和经济，从而改变创造价值的方式。

随着技术进步和如此重要的市场机遇，物联网带来的主要挑战之一是如何最好地收集、传输、过滤和使用将生成的大量原始数据，并将其应用于不同的需求商业、工业和民用物联网项目。面对这一关键的基础性任务，决策者应该首先问自己一个基本问题：收集和传输比我需要的更详细的数据是否值得花钱？

如果答案是否定的，那么您应该考虑为您的物联网计划使用低功耗广域网 （LPWAN）。

连接物联网

LPWAN 的出现从根本上改变了物联网的格局。LPWAN 专为需要每小时发送和接收少量数据的传感器和应用程序设计几次，或者可能每天只发送一次。通过仅收集和传输优化特定应用程序或操作所需的数据，LPWAN 提供了其他网络技术无法实现的价值，包括：

大幅降低资本和运营成本

部署使用寿命超过 10 年的传感器解决方案的能力

使用少量网关实现长距离无线覆盖

加快终端解决方案部署的上市时间

基于 LPWA 的解决方案的市场机会正在迅速涌现并且非常重要。由于 LPWA 技术的独特特性，预计到 2021 年底将有 500 亿台设备连接到物联网，预计其中 60% 以上的设备将与 LPWAN 连接。

LPWA 通信：标准、差异化和部署模型

高成本、高功能蜂窝和低成本、本地化 Wi-Fi 和蓝牙连接所留下的差距将由公共 LPWAN 主导，毫不奇怪，LoRaWAN 凭借其领先的物联网 LPWA 通信技术脱颖而出。开放的生态系统和技术优势。

LoRa 网络是使用开放标准构建的，它提供了广泛的供应商社区来支持应用程序——这是推动采用任何成功的网络技术的重要方面。这种开放的生态系统有助于克服市场对新技术的自然抵制，而技术优势使 LoRaWAN 能够解决比传统网络和竞争 LPWA 解决方案更多的用例（图 1）。

例如，蜂窝网络是为满足智能手机用户的需求而构建的，可提供更快的连接以支持更多数据。虽然搭载现有蜂窝基础设施的想法可能看起来很有吸引力，但对于大多数工业和商业物联网应用来说，跟上蜂窝技术发展的代价是没有意义的。Wi-Fi、ZigBee 和蓝牙等无线技术也可用于物联网应用，但这些传统技术的特点是短距离、低功耗通信能力，因此将它们的使用限制在有限的覆盖范围内。与专有 LPWA 网络相比，支持 LoRaWAN 协议的网络可促进无与伦比的业务连续性并提供极大的灵活性。

除了 LoRaWAN 作为开放标准的优势之外，该架构还提供了关键的安全性、可靠性和可扩展性优势。LoRaWAN 协议在设计时将端到端安全性作为架构的基本元素。终端节点和应用服务器之间的网络通信使用 AES-128 加密进行保护。这种终端节点“类似 VPN”的服务可确保敏感应用数据的数据完整性和安全性。

以极具成本效益的方式部署冗余网关的能力支持网络可靠性，从而在发生局部中断时最大限度地减少通信中断。此外，终端节点能够比要求更频繁地发送读数，并且可以重新发送消息以增加接收结果。也可以发送需要确认的消息，以确保实现所需的结果。

可扩展性是任何商业和工业物联网 （IIoT） 解决方案部署的关键。通过 LoRaWAN 网关提供的覆盖范围可以很容易地针对所需的应用进行适当的调整。市售的宏蜂窝网关为每个网关的数万台设备提供 10-20 英里的无线覆盖和连接，而微蜂窝网关为每个网关提供 1-2 英里的覆盖范围和数百台设备。通过灵活且可扩展的部署选项，LoRaWAN 提供了跨农业、供应链、资产跟踪、智慧城市和其他要求苛刻的市场和用例的各种监控应用程序所需的覆盖范围和可扩展性。较小的 Pico Cell 网关旨在支持住宅或商业应用，并为每个网关提供数十个设备的覆盖范围。

应用程序和用例

LPWAN 在连接一系列需要低功耗、低成本和长电池寿命等特性的设备方面发挥着重要作用。如上所述，这些网络非常适合各种行业，例如农业、公用事业、石油和天然气以及智能建筑/智能城市，并涵盖蜂窝和短距离无线网络技术的一系列应用和部署场景不适合。

LPWAN 解决方案的另一个有趣方面是能够以经济高效的方式支持组件和系统的高效运行，从而带来对资源节约、减少浪费、安全和安保产生巨大影响的机会。例如，废物管理在许多国家对生态可持续性的重要性日益增加。LPWAN 解决方案可以帮助简化收集过程（即仅在装满时收集箱）、路线优化和资源规划。LPWAN 智能计量和资源管理解决方案代表了理解上游和下游运营各个层面的能源消耗和节约的范式转变。此外，支持建筑物所有组件和系统的高效运行，例如照明、安全和安保、应急系统、HVAC、

伙伴关系、联盟和协作战略是行业领导者为实现 LPWAN 市场增长而采用的方法。2015 年 3 月，LoRa 联盟成立为非营利组织，以维护和推进 LoRaWAN 规范。从那时起，LoRa-Alliance 的创始成员已从 20 名发展到今天的 400 多名。LoRaWAN 规范为终端设备和支持它们的网络的操作提供了一个开放、安全的协议定义。规范和 LoRa 联盟的开放性培育了一个不断增长的技术和解决方案提供商生态系统，为全球物联网部署带来了建设动力。

审核编辑：郭婷