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LPWA对物联网软件开发的颠覆

2016-08-10 12:07:46

如果你经常关注物联网的话,物联网领域,你不会错过一个新类别物联网网络运营商的出现,这些运营商都在竞相为应用提供低功耗广域(LPWA)覆盖。法国公司Sigfox是这些LPWA网络技术公司中最引人注目的一家,因为其支持者包括Orange和西班牙电信(Telefonica)。但是还有很多别的LPWA公司,包括LoRa、Qowisio、Nwave、Ingenu、Telensa和Rajant。甚至关于此还有一个专门的协会——无线物联网论坛(Wireless IoT Forum)。

  “LPWA”的兴起,得益于最近几年物联网的快速发展。大家知道,万物互联的基础是利用通信技术把人与物、物与物连接,我们比较熟悉的通信技术包括WIFI、蓝牙、ZigBee等短距离无线通信技术和2G、3G、4G/LTE等移动蜂窝通信技术(在此暂不讨论工业总线、以太网、光纤等有线通信技术)。

  Ovum首席研究官Mark Newman表示,这一类型公司的快速崛起在很多层面来说是很有意思的。首先,它代表着对主导一部分价值链的移动运营商的一种挑战,这指的是运营商认为他们可以通过现有网络资产产生收入的部分。其次,LPWA技术和运营商的浪潮正值全球移动行业处于将5G技术诱导进入物联网市场机会的过程中。第三,LPWA的无线能力和低成本意味着,将覆盖扩展到那些无法被目前的蜂窝网络所覆盖的部分地方,将会是有可能的。  

  LPWA为何出现?

  短距离通信技术一般用于智能家居、工业数据采集等局域网通信场景,其优势是部署成本低、功耗低、传输速率高,但劣势也很明显---传输距离短(一般几十米以内)。而随着联网设备增多、设备的类型及应用场景更加丰富,越来越多的设备需要广范围、远距离的连接,如远程控制、物流追踪等。你会问,不是还有移动蜂窝通信技术吗?

  的确,目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络,我们骄傲的华为公司已经让喜马拉雅山上都有了手机信号。而且现在的移动蜂窝网络除了主要满足我们人与人间打电话、发短信、刷朋友圈(接入互联网)以外,也越来越多的开始承载如远程抄表、车联网等物联网应用。然而2G、3G、4G等蜂窝网络虽然覆盖距离广,但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信。根据权威的分析报告,当前全球真正承载在移动蜂窝网络上的物与物的连接仅占连接总数的6%。如此低的比重,主要原因在于当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。

  因此,为满足越来越多远距离物联网设备的连接需求,LPWA应运而生。LPWAN(Low Power Wide Area Network),低功耗广域网络,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。正如短距离无线网络包含WIFI、蓝牙、ZigBee等多种技术,LPWA也包含多种技术,如LoRa、Sigfox、Weightles和NB-IoT等。由于是“广域”网络,因此必然会涉及网络运营。所以LPWA网络一般是由电信运营商或专门的物联网运营商部署,由于LPWA网络连接的基本都是“物”,因此通常也叫“物联网专用网络”。

  为何选择LPWA?

  LPWA有“远距离通信”、“低速率数据传输”和“功耗低”三大特点,因此非常适合那些远距离传输、通信数据量很少、需电池供电长久运行的物联网应用。大部分物联网应用通常只需要传输很少量的数据,如工业生产车间中控制开关的传感器,只有当开关异常时才会产生数据,而这些设备一般耗电量很小,通过电池供电就可工作很久。

  LPWA最适合两类物联网应用:一类是位置固定的、密度相对集中的场景,如楼宇里面的智能水表、仓储管理或其他设备数据采集系统,虽然现在蜂窝网络已应用于这些领域,但信号穿透问题一直是其短板;另一类是长距离的,需要电池供电的应用,如智能停车、资产追踪和地质水文监测等,蜂窝网络可以应用,但无法解决高功耗问题。

  对于部署物联网的企业来说,选择LPWA的一个重要原因就是部署的低成本。大家都知道智能家居应用、智能硬件的主流通信技术是WIFI,因为WIFI的模块成本比较低,有些有“互联网思维”的模块提供商已经将WIFI模块的价格降到了10元以内。但支持WIFI的物联网设备通常还需无线路由器或无线AP做网络接入、或只能做局域网通信。而如果选择蜂窝通信技术,对于企业来说部署成本太高,国产最普通的2G通信模块也要30RMB起,而4G通信模块则要200RMB起。随着物联网的兴起,虽然国内已经如雨后春笋般出现了一堆做蜂窝通信模块的厂商,但稳定性方面、加上现有蜂窝通信技术的高功耗、高成本的硬伤,还是不如LPWA更有优势。华为11月份公布的NB-IOT发展计划,声称要将LPWA通信模块成本降至5美元以下。相信未来低功耗广域的应用场景中,企业还是会优先选择LPWA。

  不得不说的标准

  LPWA作为一类无线通信技术,必然得谈标准。进入2015年起LPWA市场热闹非凡,产业链相关厂商纷纷合纵连横成立联盟,抢占低功耗广域物联网市场。其中比较发较快、相对比较成熟的是Semtech公司主导的LoRa技术,LoRa联盟已于今年3月的世界移动通信大会上成立,联盟成员包括跨国电信运营商、设备制造商、系统集成商、传感器厂商、芯片厂商和创新创业企业等。LoRa可应用于诸多垂直行业,包括能源、汽车、物流、农业、商业和制造产业等,这些产业资源应也是未来LoRa联盟发展的成员。最新消息,法国运营商Orange近日宣布将采用LoRa构建低功耗广域物联网,首批将覆盖包括巴黎、波尔多等17个城市。

  另一个不得不提的就是华为主导的NB-IOT标准。NB-IOT是基于现有蜂窝网络的技术,华为称为“蜂窝物联网”。如华为所言,对于移动蜂窝通信市场,4G成功商用之后,5G的标准化、商业化都需要时间,但物联网应用不会等到2020年才出现,因此在5G之前需要有一个技术来支撑运营商开拓物联网市场。同时,对电信运营商来说,物联网应用的ARPU值会比较低,因此从技术上来讲,应该让运营商很容易在现有基础上升级去支持。在这样的情况下,华为推出了NB-IOT(Narrow Band-IoT,窄带物联网)。NB-IOT技术能够提供百倍于4G的连接规模、百倍于2G的灵敏度、设备电池供电寿命同样可长达10年,使蜂窝网络极大地延伸了应用边界。据悉目前移动通信行业组织“3GPP”正在制定的NB-IOT的标准化工作。NB-IOT使用License频段,可与现有移动蜂窝网络共存。

  最新报道,国内电信运营商中国电信、中国联通都参加了近期举办的NB-IOT论坛筹备会,相信NB-IOT将成为未来国内LPWA市场的主流技术。原因有两:一方面,NB-IOT对运营商来说,可利用现有的蜂窝网络基站资源,部署成本很低,这样国内NB-IOT网络很容易落地部署。物联网设备不像我们用4G上网刷朋友圈、看视频(这年头土豪很多)会消耗很大流量,由于数据量很少,对运营商来说ARPU收入很低,因此运营商必须考虑网络的部署和运营成本;另一方面,NB-IOT是由“攻无不克战无不胜”的华为在主导,以华为的丰富的技术积累、产业链整合能力和巨资投入的号召力,相信华为在低功耗广域物联网市场定能再创佳绩。针对NB-IOT,华为已提供芯片、通信模块、甚至操作系统,还为运营商开发了“IOT联接管理平台”。提醒对部署LPWA感兴趣的小伙伴,别站在错队!(华为真没付我广告费)

  LPWA的未来趋势

  仅仅几年前,LPWA还不存在。今年,LPWA无线通信技术已经站到物联网连接领域的中心,LPWA网络将成为物联网全新的、颠覆性的网络。权威机构预测2020年将会有数十亿的物联网设备连接,LPWA技术是物联网最深远的趋势之一。目前,几乎所有的芯片厂商、设备商、电信运营商和企业等都将LPWA视为物联网的前沿并进行布局。这是一个新兴的物联网领域,而且随着物联网不断升级,它将成为一个巨大的市场机会。

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